超导加速腔频率在线调节技术研究

随着我国科技水平的不断提高，射频超导加速器的应用也日渐增多。由于射频超导加速器的核心部件超导腔的品质因数特别高，微小的温度、压力等变化都会对超导腔的工作模式频率造成很大的影响。为了保持超导腔的稳定运行，必须在超导腔上安装适当的在线频率调节系统。国内目前在超导腔在线频率调节系统的研究上仍然比较欠缺，本项目将围绕建造超导加速器急需解决的关键问题，对射频超导腔尺寸与其工作模式频率之间的定量关系进行模拟及实验研究，并研究掌握射频超导腔常温与低温条件下的工作频率的变化特性。在这些研究的基础上，以用于高平均功率FEL的4-cell超导腔为例，开展其在线调谐技术具体方案的计算和设计，并加工组装出一套安装在4-cell加速单元内的在线调谐系统。本项目的研究工作将为国产超导加速器的稳定运行做出技术保证，同时也为我国未来建造基于超导加速器的大型科学装置提供技术和人才储备。

本课题组完成了影响射频超导腔谐振频率的几个因素的定量分析，包括：腔长改变，麦克风效应，束流负载效应等。在这些研究的基础上，以用于高平均功率FEL 的4-cell 超导腔为例，完成了其在线调谐装置的物理和机械设计，完成了技术路线，可行性方案论证以及全部尺寸核对及计算机模拟安装。为了检验设计的合理性，我们加工制造了一套调谐器，完成了与超导加速腔的装配，并在常温下和低温下对其各项参数进行了测试。为了检测调谐器在低温下的工作性能，我们搭建了一套80K调谐器测试平台。通过这套测试平台，我们不仅验证了调谐器在80K下的机械性能、压电陶瓷低温下的行程、精度等，还测量了超导加速腔的刚性度、由常温常压至80K低温真空超导腔频率变化等重要参数。各项测试结果均表明调谐器工作正常，性能参数与设计值相符。