RFQ-SFRFQ耦合加速结构研究

The neutron source based on proton or deuterium linac has been widely used in modern society. The miniaturization and stability of .accelerator system are required. We propose a coupled structure working at high frequency,which will be used primarily to accelerate protons or deuterium ions. An RFQ ( Radio Frequency Quadrupoles ) structure and a SFRFQ ( Separated Function Radio Frequency Quadrupoles ) structure are coupled into a single cavity by a direct coupling method , wherein the RFQ section is primarily used to receive a continuous beam from an ion source and to conduct a preliminary bunching ; the SFRFQ section is primarily used to accelerate the beam more efficiently ( while ensuring transverse focus ) . The proposed new structure can operate in the range of 100-200MHz , it is hopeful to increase the accelerating efficiency of the traditional RFQ by about 30 % . More sufficient water cooling can be ensured due to the special connecting method of the SFRFQ electrodes. The novel structure has great advantages in shortening the cavity length and improving the operating stability of the accelerator under continuous wave operation mode.

基于质子或氘离子直线加速器的中子源在现代社会获得了日益广泛的应用，这对加速器系统的小型化及工作稳定性提出了很高要求。本申请提出了一种工作在高频率下的耦合加速结构，主要用来加速质子或氘离子。通过直接耦合的方法，将RFQ（Radio Frequency Quadrupoles）结构和SFRFQ（Separated Function Radio Frequency Quadrupoles）结构耦合在一个射频腔内，其中RFQ部分主要用来接收从离子源出来的连续束流并将其进行初步聚束；SFRFQ部分主要用来对束流进行更高效率的加速（同时保证横向聚焦）。新结构工作在100-200MHz频率下，有望将传统RFQ的加速效率提高30%左右。结构中的SFRFQ部分相对的两根电极由膜片连接，可以进行更充分的水冷，可以保证在连续波工作模式下稳定运行。新结构在缩短腔体长度、提高加速器运行稳定性方面都有很大优势。

基于质子或氘离子直线加速器的中子源在现代社会获得了日益广泛的应用，这对加速器系统的小型化及工作稳定性提出了很高要求。本项目提出了一种工作在高频率下的一腔共振耦合加速结构，主要用来加速质子或氘离子。通过直接耦合的方法，将RFQ（Radio Frequency Quadrupoles）结构和SFRFQ（Separated Function Radio Frequency Quadrupoles）结构耦合在一个射频腔内，其中RFQ部分主要用来接收从离子源出来的连续束流并将其进行初步聚束；SFRFQ部分主要用来对束流进行更高效率的加速（同时保证横向聚焦）。结构中的SFRFQ部分相对的两根电极由膜片连接，可以进行更充分的水冷，可以保证在连续波工作模式下稳定运行。新结构在缩短腔体长度、提高加速器在连续波下的运行稳定性方面都有很大优势。.新型耦合腔CRS将两种不同的射频加速结构放置在同一个腔体内谐振，其射频特性，尤其是两边场大小的平衡对于其加速性能有着关键性的影响。为了验证项目提出的各项指标，加工了一台0.8 m长的CRS模型腔，包含RFQ与SFRFQ之间的过渡匹配段，测量了模型腔的射频特性以及电场分布。通过腔体调谐，腔体的最终谐振频率为103.975 MHz（申请书所提指标为100-200MHz），高阶模式频率与模拟值一致，工作频率的无载Q值为7825.6，达到模拟值的88%，说明该铝膜腔的工艺加工满足验证要求。RFQ段电场沿轴向的不平整最大约为1%，四象限的不对称度以及二极微扰成分最大约为1%，测量的偏轴场以及中心轴向场与电磁场模拟软件CST给出的结果符合一致。模型腔的测量结果表明两种加速结构在四翼型腔体能够很好的耦合。实验结果表明新型耦合腔RFQ-SFRFQ各项测量参数达到项目提出的指标。