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        等高梯度C波段射頻加速技術研究取得進展

        來自 實驗室儀器網

        中國科學院上海應用物理研究所聯合中國電子科技集團第十二研究所和上海三浩真空技術有限公司,經過長期的理論研究和技術攻關,成功研發了高梯度C波段射頻加速技術單元,在SDUV-FEL加速器平臺上進行了該技術單元試驗研究,獲得了50MV/m的帶束加速梯度,實驗結果表明該技術研究取得重要進展。

        等高梯度C波段射頻加速技術研究取得進展

        C波段射頻加速技術是國際上新發展起來的高梯度加速技術,在自由電子激光和醫用及工業應用加速器上有重要應用。2011年日本建成了8GeV的C波段直線加速器,帶束加速梯度為35MV/m;瑞士和意大利也緊隨其后研制了自己的C波段加速結構,并正在建設用于自由電子激光和康普頓背散射光源的C波段加速器,在可查文獻記錄中,他們的高功率試驗加速梯度最高達到55MV/m,帶束加速梯度最高達到45MV/m。

        上海應物所于2008年開始研制C波段加速技術,先后與中電十二所和三浩真空一起研制成功了1m長等阻抗、0.5和1.8m長等梯度加速管樣機,以及脈沖功率壓縮器。C波段加速結構首次采用4π/5模式的拱形腔,以提高加速結構的功率效率和束流品質,能量倍增器采用TE0115模式,實現高品質因素性能。在高功率試驗中,0.5米長加速結構樣管獲得60MV/m的加速梯度。1.8米長樣管在束流試驗中,取得了50.8MV/m的世界最高的C波段帶束加速梯度,在略高于設計要求的運行梯度42.7MV/m下,其脈沖“打火”概率低于0.01%,能量倍增器峰值功率獲取了5.6倍增因子,最高輸出峰值功率達到145MW。

        高梯度C波段射頻加速技術是X射線自由電子激光試驗裝置(SXFEL)的關鍵技術,利用40MV/m的高加速梯度,可以較大尺度地縮減加速器規模。通過該項目技術攻關,掌握了高梯度加速結構的射頻理論分析、3D電磁場模擬設計、快速精確的微波“冷測”技術和系統化的高功率束流測試等關鍵技術,并探索形成一套完整的加工制造工藝。

        通過該項目研究,攻克了C波段高梯度射頻加速技術,各項技術指標均能夠滿足SXFEL裝置的運行要求,部分指標還達到了國際最好水平,為后續的C波段加速結構批量制造和SXFEL的順利建設提供了技術保障。

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