專利名稱：用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，屬于加速器物
理技術領域。
背景技術：
目前，國際上加速電子的13 = l超導腔普遍采用橢球腔等結構，如特斯拉(TESLA) 超導腔、低損耗(Low loss)超導腔及凹角(reentrant)超導腔。這些超導腔通過適當的 提高腔的束流孔徑可提高其允許的加速流強。但是，由于結構的限制，目前普通的超導腔 在GeV量級最終能量的能量回收加速器(以下簡稱ERL)中其設計的最高流強只能達到 100mA量級，如日本KEK的KEK-ERL model-2超導腔[T Furuya et al. ， in Proceedings of Energy RecoveryLinac Workshop, 2007.]，美國康奈爾大學的7-cell超導腔[M. Li印e， in Proceedings of eleventh Workshop onRF_Superconductivity， 2003， MoP33.]。 為了 能夠進一步提高超導腔的流強，使其可以在GeV量級最終能量的能量回收加速器中達到安 培量級以上的流強，作者設計了一種新型結構的超導腔。 超導腔通過腔內的射頻電磁場來加速電子(加速電場為TM,模，即模)。超導 腔所能加速的最大電流由束流不穩定性(Beam break-up，以下簡稱BBU)閾值決定。而BBU 的閾值則與超導腔中高階模衰減情況有關。超導腔內的高階模功率大小受束流大小影響， 越大的加速束流就會轉化更多的束流能量到高階模中，如果高階模不能夠有效快速的衰減 掉，就會導致束流的品質(發射度、能散、截面積等)變壞及加速束流降低。高階模的衰減 情況直接決定了超導腔的BBU閾值。對于普通的高平均流強超導腔，高階模的衰減在超導 腔兩端的束管外側，因此，其對高階模的吸收比較弱，只能達到100mA量級的BBU閾值。
發明內容
本發明的目的是提出一種用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，改變 已有射頻超導腔的結構，以提高加速器最大允許加速電流。 本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，包括多個橢園形 球腔、束管和翼狀狹縫波導；所述的多個橢園形球腔相互串聯，相互串聯的多個橢園形球腔 的兩端為束管，每個橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開有多個狹縫，每個橢園 形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過相應的翼狀狹縫波導相連。 上述射頻超導腔中，所述的橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形、低損耗形、橢圓 形、圓形或矩形中的任何一種。 本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，具有極高的二極 模及四極模的衰減，使GeV量級的ERL達到安培量級的平均流強；能夠達到安培量級以上 的BBU閾值；射頻超導腔的高場區無焊縫，可以一次沖壓成型，模具單一，因此大大降低加 工難度，節約產品生產的時間與費用，可以大批量生產，并降低生產成本。本發明的射頻超 導腔中，橢園形球腔的數目可以根據設計需要任意取值，與射頻超導腔的已有結構相比，可
3以取比較大的值，以使超導加速器的有效加速部分的比例增大，提高加速效率。
圖1是本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔的立體圖。
圖2是射頻超導腔的正視圖。
圖3是圖2的G-G截面圖。 圖4是橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形時的示意圖。
圖5是橢園形球腔的外形輪廓線為低損耗形時的示意圖。
圖1-圖3中，1是橢園形球腔，2是束管，3是翼狀狹縫波導。
具體實施例方式
本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，其結構如圖1所 示，包括多個橢園形球腔1、束管2和翼狀狹縫波導3。多個橢園形球腔1相互串聯，相互串 聯的多個橢園形球腔的兩端為束管2，每個橢園形球腔1和兩端束管2的外壁上沿圓周均布
開有多個狹縫，每個橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過相應的翼狀狹縫波導相連。
上述射頻超導腔中，所述的橢園形球腔的外形輪廓線可以為凹角形，如圖4所示， 也可以是低損耗形，如圖5所示。還可以為橢圓形、圓形或矩形中的任何一種，圖中未示出。
本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔中，橢園形球腔l 可以為1個至多個，圖1所示為5個。橢園形球腔1和束管2上的狹縫及相應的翼狀狹縫 波導3的數目可為1個至多個，如圖1所示為3個。其中翼狀狹縫波導3的縱向長度L可 選長或短，如圖2所示。本發明的射頻超導腔中，橢園形球腔的數目可以根據設計需要任意 取值，與射頻超導腔的已有結構相比，可以取比較大的值，以使超導加速器的有效加速部分 的比例增大，提高加速效率。 本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔中，橢園形球腔l 的最大半徑R與橢園形球腔相互串聯處的半徑r之比為R : r = 2-5 : 1，如圖3所示。
本發明提出的用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，其中心腔體為橢 園形球腔，其形狀包括reentrant腔形，即凹角形；low loss腔形，即低損耗形等。在橢園 形球腔的縱向開有狹縫，狹縫沿圓周等角度分布，以利于加工。縱向腔壁的狹縫對超導腔的 n模模式無太大影響。縱向腔壁的狹縫通過翼狀狹縫波導相互連接，實現高階模的導出。 翼狀狹縫波導的Hn。模的基模H1Q模式的截止頻率為100-200MHz左右，對于波導中二極高階 模、四極高階模、六極高階模激勵的波導模式Hn。為通頻帶。翼狀狹縫波導的H。n模的基模 H。n模式截止頻率為15GHz(取波導為lcm寬時)，因此，對ji模在此波導中激勵的高階模截 止。通過翼狀狹縫波導，將橢園形球腔內的高階模導出并吸收，使超導腔達到安培量級以上 的BBU閾值。 本發明的射頻超導腔對二極高階模、四極高階模、六極高階模及更高的多極高階
模都具有很強的衰減，對加速腔的工作模式n模并無明顯影響。因此本發明的射頻超 導腔適用于高平均流強超導腔，可以應用在幾GeV最終加速能量的能量回收提高加速器 (Energyrecovery linac， ERL)中，使其達到安培量級以上的加速電流。
權利要求
一種用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，其特征在于該射頻超導腔包括多個橢園形球腔、束管和翼狀狹縫波導；所述的多個橢園形球腔相互串聯，相互串聯的多個橢園形球腔的兩端為束管，每個橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開有多個狹縫，每個橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過相應的翼狀狹縫波導相連。
2. 如權利要求1所述的射頻超導腔，其特征在于其中所述的橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形、低損耗形、橢圓形、圓形或矩形中的任何一種。
全文摘要
本發明涉及一種用于超導加速器的帶狹縫波導結構的射頻超導腔，屬于加速器物理技術領域。包括多個橢園形球腔、束管和翼狀狹縫波導。多個橢園形球腔相互串聯，相互串聯的多個橢園形球腔的兩端為束管，每個橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開有多個狹縫，每個橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過相應的翼狀狹縫波導相連。本發明的射頻超導腔，具有極高的二極模及四極模的衰減，使GeV量級的ERL達到安培量級的平均流強；能夠達到安培量級以上的BBU閾值；射頻超導腔的高場區無焊縫，可以一次沖壓成型，模具單一，因此大大降低加工難度，節約產品生產的時間與費用，可以大批量生產，并降低生產成本。
文檔編號H05H7/20GK101707850SQ20091023713
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者劉振超 申請人:北京大學