專利名稱：螺旋型多間隙高頻諧振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高頻諧振裝置，尤其涉及重離子加速器使用的高頻諧振裝置。
背景技術(shù)：
針對(duì)國(guó)內(nèi)外加速器設(shè)備高頻諧振裝置的建造，尤其是重離子加速器使用的高頻諧振裝置，多采用四分之一波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，即QWR機(jī)構(gòu)。由于工作頻率較低，一般設(shè)計(jì)的諧振器都比較大，這對(duì)工程的造價(jià)和整體系統(tǒng)的集成造成了很大的不便。目前國(guó)際上有幾家實(shí)驗(yàn)室都有開(kāi)展螺旋結(jié)構(gòu)的研究，其中加拿大的TRIUMF和德國(guó)的GSI都有類似的研究，但都是限于研究雙間隙的單臂結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然解決了諧振器的尺寸過(guò)大問(wèn)題，但是由于過(guò)長(zhǎng)的內(nèi)杠消耗了過(guò)多的功率，使得加速器的效率不是很高。此類結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)使用較少，主要是由于目前機(jī)械加工能力不足，針對(duì)螺旋型結(jié)構(gòu)的精度保障并不滿足加速器的應(yīng)用，且對(duì)此種結(jié)構(gòu)的電磁分析不足，無(wú)法在阻抗匹配，尤其是多路耦合的情況下保證阻抗匹配的一致性方面具有一定的難度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種提高電壓冗余度，體積小，節(jié)省建造成本，同時(shí)提高整體加速器的穩(wěn)定性的聚束用螺旋型多間隙高頻諧振置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為一種螺旋型多間隙高頻諧振裝置，包括腔體，在腔體上設(shè)有耦合器支架，所述的腔體是由圓柱形外壁和兩個(gè)圓形側(cè)壁組成，圓柱形外壁和兩個(gè)圓形側(cè)壁圍成了密閉的空腔，在所述的兩個(gè)圓形側(cè)壁的中心設(shè)有第一漂移管和第五漂移管，在空腔內(nèi)還設(shè)有支撐座，支撐座通過(guò)第一螺旋臂和第二螺旋臂將第二漂移管和第四漂移管支撐在空腔內(nèi)，所述的支撐座上還設(shè)有支撐桿，在支撐桿的頂部設(shè)有第三漂移管，所述的第一漂移管、第二漂移管、第三漂移管、第四漂移管、第五漂移管同軸設(shè)置，所述第一漂移管與第二漂移管之間的間隙為第一漂移管間隙，第二漂移管與第三漂移管之間的間隙為第二漂移管間隙，第三漂移管與第四漂移管之間的間隙為第三漂移管間隙，第四漂移管與第五漂移管之間的間隙為第四漂移管間隙；在所述第一螺旋臂和第二螺旋臂上方的空腔內(nèi)還設(shè)有調(diào)諧裝置；耦合器對(duì)第一螺旋臂和第二螺旋臂中均衡的送入高頻功率，所述的耦合器支架將耦合器支設(shè)在所述的第一螺旋臂和第二螺旋臂之間。所述的第一螺旋臂和第二螺旋臂均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu)，其基圓半徑為40 100mm，螺旋壁厚度為20 40mm，外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)90° 625°，半徑比率為2 4. 5，優(yōu)選3. 455，外形長(zhǎng)度400 1000mm，諧振頻率范圍由27 200MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。所述的第一漂移管、第二漂移管、第三漂移管、第四漂移管、第五漂移管的同心度小于 O.1mnin所述的漂移管呈立體圓環(huán)狀,漂移管厚度為15 25mm,漂移管內(nèi)外倒角為O IOmm,腔長(zhǎng)為200 500臟，內(nèi)徑為400 1000mm，管間隙為10 40mm，諧振頻率為27 200MHz，相對(duì)速度為O. 01 O.1,此處所述的相對(duì)速度是指與光速c相比的相對(duì)速度，O. 01就是光速的1%，漂移管外殼直徑為100 1000mm，外殼厚度為100 500mm ;所述的耦合器具有可旋轉(zhuǎn)耦合環(huán)，耦合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為O 90degree。所述的調(diào)諧裝置設(shè)有至少兩個(gè)，所述的調(diào)諧裝置包括設(shè)置在圓柱形外壁上的調(diào)諧桿，調(diào)諧桿一端伸出空腔外界，調(diào)諧桿的另一端在所述的空腔內(nèi)并連接有調(diào)諧片。在所述腔體上設(shè)有取樣器。該諧振器結(jié)構(gòu)主要是由多個(gè)螺旋臂連接漂移管，形成了并聯(lián)諧振電路的分布參數(shù)形式，可以進(jìn)行微波諧振器的模擬計(jì)算。主要是通過(guò)在兩路螺旋臂之間插入耦合器，在保證兩側(cè)的電場(chǎng)平衡的情況下最大限度的饋入微波功率，在近短路端和近開(kāi)路端都需要放置頻率調(diào)諧器，分別是粗調(diào)和細(xì)調(diào)。整腔是由高電導(dǎo)率的無(wú)氧銅制成，選擇無(wú)氧銅材料主要是考慮整個(gè)諧振器的低損耗，由于銅材的高電導(dǎo)率可以極大的降低損耗提高整個(gè)腔體的品質(zhì)因數(shù)Q，從而降低功率源的要求可以極大的節(jié)省成本。取樣器的結(jié)構(gòu)同耦合器一致，但是需要將S11參數(shù)調(diào)制O. 9以上以保證高衰減不會(huì)損壞儀器。目前，模型腔的測(cè)試工作已經(jīng)結(jié)束，各個(gè)參數(shù)都比較符合設(shè)計(jì)結(jié)果。本裝置的粒子聚束方法包括如下步驟，(I)諧振功率源對(duì)所述螺旋型多間隙高頻諧振裝置注入功率，在功率源與螺旋型多間隙高頻諧振裝置的功率一致時(shí)，功率源即可激發(fā)起螺旋型多間隙高頻諧振裝置腔體內(nèi)，電磁場(chǎng)建立并開(kāi)始諧振；(2)聚束控制功率源的高頻電壓位于零相位處時(shí)，正好所述螺旋型多間隙高頻諧振裝置腔體內(nèi)的中心粒子到達(dá)所述的第一漂移管間隙之間；這時(shí)，比中心粒子早的粒子受到負(fù)電壓的影響，開(kāi)始減速；而比中心粒子晚到的粒子由于受到了正電壓的加速，同時(shí)開(kāi)始與中心粒子靠近，形成粒子束。還包括如下步驟(3)粒子在到達(dá)第一漂移管間隙被聚束后，由于第一漂移管間隙之間的距離為半個(gè)諧振頻率的波長(zhǎng)，此時(shí)整個(gè)高頻場(chǎng)分布在第二漂移管間隙、第三漂移管間隙、第四漂移管間隙均相差180°相位；當(dāng)粒子進(jìn)入第二漂移管管內(nèi)的時(shí)，粒子被漂移管管壁屏蔽而不受電場(chǎng)作用，當(dāng)達(dá)到第二漂移管間隙時(shí)，由于電場(chǎng)經(jīng)歷了 180°后，回到原來(lái)的-180°，重新達(dá)到零相位，此時(shí)粒子再次聚束，以此類推，由于粒子漂移的時(shí)間和電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間相對(duì)應(yīng)，所以粒子依次通過(guò)第三漂移管間隙、第四漂移管間隙后會(huì)被重復(fù)多次聚束。從而提高了聚束的效率和效果。本裝置的粒子加速方法包括如下步驟，(I)諧振功率源對(duì)所述螺旋型多間隙高頻諧振裝置注入功率，在功率源與螺旋型多間隙高頻諧振裝置的功率一致時(shí)，功率源即可激發(fā)起螺旋型多間隙高頻諧振裝置的腔體內(nèi)電場(chǎng)，電磁場(chǎng)建立并開(kāi)始諧振；(2)加速控制功率源的高頻電壓位于相位60 90°時(shí)，所述螺旋型多間隙高頻諧振裝置腔體內(nèi)的中心粒子在第一漂移管間隙處，由于電壓的幅值較高，粒子獲得能量增益，使粒子加速。還包括如下步驟，(3)粒子在到達(dá)第一漂移管間隙被加速后，在電場(chǎng)減小和反向的時(shí)候，粒子在漂移管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由于屏蔽的緣故，電場(chǎng)不會(huì)對(duì)粒子產(chǎn)生影響，當(dāng)粒子漂移出第二漂移管到達(dá)第二漂移管間隙時(shí)，電場(chǎng)經(jīng)過(guò)半個(gè)周期又達(dá)到了相位60 90°的加速狀態(tài)，粒子再次獲得加速；以此類推，粒子依次通過(guò)第三漂移管間隙、第四漂移管間隙后會(huì)被重復(fù)多次被加速。本實(shí)用新型的有益效果是這種加速器結(jié)構(gòu)，可以明顯的改善常規(guī)腔體體積過(guò)大的問(wèn)題，且由于非常寬的頻率范圍，可以適用于多種頻率的諧振腔設(shè)計(jì)，在保證頻率的基礎(chǔ)下也可以提聞很聞的分路阻抗，明顯改善常規(guī)QWR結(jié)構(gòu)的二級(jí)量模式。此外，獨(dú)創(chuàng)的多個(gè)螺旋壁共點(diǎn)接地結(jié)構(gòu)可以避免電場(chǎng)“半幅”現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)一步提高了諧振器的工作效率。因此，這種結(jié)構(gòu)是在保證了低造價(jià)和可靠性的同時(shí)，成為了一種提高加速器系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效途徑。本結(jié)構(gòu)采用低電壓設(shè)計(jì)，提高電壓冗余度，對(duì)將來(lái)進(jìn)一步提高電壓具有很大的潛力；在結(jié)構(gòu)和尺寸上極大的節(jié)省了建造成本；隨著二級(jí)量的改善，可以提高整體加速器的穩(wěn)定性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型耦合器與兩個(gè)螺旋臂之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的AA剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型的BB剖視俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。實(shí)施例1 :見(jiàn)圖1，圖2，圖3，圖4，圖5所示，一種螺旋型多間隙高頻諧振裝置，包括腔體，在腔體上設(shè)有耦合器支架6，所述的腔體是由圓柱形外壁11和兩個(gè)圓形側(cè)壁12組成，圓柱形外壁11和兩個(gè)圓形側(cè)壁12圍成了密閉的空腔，在所述的兩個(gè)圓形側(cè)壁12的中心設(shè)有第一漂移管21和第五漂移管25，在空腔內(nèi)還設(shè)有支撐座3，支撐座3通過(guò)第一螺旋臂41和第二螺旋臂42將第二漂移管22和第四漂移管24支撐在空腔內(nèi)，所述的支撐座3上還設(shè)有支撐桿5，在支撐桿5的頂部設(shè)有第三漂移管23，所述的第一漂移管21、第二漂移管22、第三漂移管23、第四漂移管24、第五漂移管25同軸設(shè)置，所述第一漂移管21與第二漂移管22之間的間隙為第一漂移管間隙26，第二漂移管22與第三漂移管23之間的間隙為第二漂移管間隙27，第三漂移管23與第四漂移管24之間的間隙為第三漂移管間隙28，第四漂移管24與第五漂移管25之間的間隙為第四漂移管間隙29 ;在所述第一螺旋臂41和第二螺旋臂42上方的空腔內(nèi)還設(shè)有調(diào)諧裝置7 ;耦合器10對(duì)兩個(gè)螺旋臂中均衡的送入高頻功率，所述的耦合器支架6將耦合器10支設(shè)在所述的第一螺旋臂41和第二螺旋臂42之間。所述的第一螺旋臂41和第二螺旋臂42均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu)，其基圓半徑為40 100_，螺旋壁厚度為20 40_，外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)90° 625°，半徑比率為2 4. 5(3. 455)，外形長(zhǎng)度400 1000mm，諧振頻率范圍由27 200MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。[0034]所述的第一漂移管21、第二漂移管22、第三漂移管23、第四漂移管24、第五漂移管25的同心度小于O. 1mm。所述的五個(gè)漂移管均呈立體圓環(huán)狀,漂移管厚度為15 25mm,漂移管內(nèi)外倒角為O IOmm,腔長(zhǎng)為200 500mm,內(nèi)徑為400 1000mm,管間隙為10 40mm,諧振頻率為27 200MHz，相對(duì)速度為O. 01 O. 1，漂移管外殼直徑為100 1000mm，外殼厚度為100 500_ ;所述的耦合器具有可旋轉(zhuǎn)耦合環(huán)，耦合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為O 90degree。所述的調(diào)諧裝置7設(shè)有至少兩個(gè)，所述的調(diào)諧裝置7包括設(shè)置在圓柱形外壁上的調(diào)諧桿71，調(diào)諧桿71—端伸出空腔外界，調(diào)諧桿71的另一端在所述的空腔內(nèi)并連接有調(diào)諧片72。在所述腔體上設(shè)有取樣器9。實(shí)施例2 :與實(shí)施例1相同，不同的是所述的第一螺旋臂41和第二螺旋臂42均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu)，其基圓半徑為40mm,螺旋壁厚度為20mm,外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)90° ,半徑比率為2,外形長(zhǎng)度400mm，諧振頻率范圍由27MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。所述的第一漂移管21、第二漂移管22、第三漂移管23、第四漂移管24、第五漂移管25的同心度小于O.1mm0所述的五個(gè)漂移管均呈立體圓環(huán)狀，漂移管厚度為15mm，漂移管內(nèi)外倒角為0mm，腔長(zhǎng)為200mm，內(nèi)徑為400mm，管間隙為10mm，諧振頻率為27MHz，相對(duì)速度為O. 01,漂移管外殼直徑為100mm,外殼厚度為IOOmm ;所述的稱合器具有可旋轉(zhuǎn)稱合環(huán),f禹合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為Odegree。實(shí)施例3 :與實(shí)施例1相同，不同的是所述的第一螺旋臂41和第二螺旋臂42均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu)，其基圓半徑為100mm,螺旋壁厚度為20 40mm,外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)625° ,半徑比率為4. 5，外形長(zhǎng)度1000mm，諧振頻率范圍由200MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。所述的第一漂移管21、第二漂移管22、第三漂移管23、第四漂移管24、第五漂移管25的同心度小于O. 1mm。所述的五個(gè)漂移管均呈立體圓環(huán)狀，漂移管厚度為25mm，漂移管內(nèi)外倒角為10mm，腔長(zhǎng)為500臟，內(nèi)徑為1000mm，管間隙為40mm，諧振頻率為200MHz，相對(duì)速度為O.1,漂移管外殼直徑為1000mm,外殼厚度為500mm ;所述的稱合器具有可旋轉(zhuǎn)稱合環(huán),率禹合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為90degree。實(shí)施例4 :與實(shí)施例1相同，不同的是所述的第一螺旋臂41和第二螺旋臂42均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu)，其基圓半徑為60mm,螺旋壁厚度為30mm,外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)450° ,半徑比率為3. 455，外形長(zhǎng)度650mm，諧振頻率范圍由125MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。所述的第一漂移管21、第二漂移管22、第三漂移管23、第四漂移管24、第五漂移管25的同心度小于O. 1mm。所述的五個(gè)漂移管均呈立體圓環(huán)狀，漂移管厚度為20mm，漂移管內(nèi)外倒角為5mm,腔長(zhǎng)為350mm,內(nèi)徑為600mm,管間隙為35mm,諧振頻率為65MHz,相對(duì)速度為O. 5,漂移管外殼直徑為500mm,外殼厚度為350mm ;所述的稱合器具有可旋轉(zhuǎn)稱合環(huán),率禹合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為45degree。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種螺旋型多間隙高頻諧振裝置，包括腔體，在腔體上設(shè)有耦合器支架，其特征是 所述的腔體是由圓柱形外壁和兩個(gè)圓形側(cè)壁組成，圓柱形外壁和兩個(gè)圓形側(cè)壁圍成了密閉的空腔，在所述的兩個(gè)圓形側(cè)壁的中心設(shè)有第一漂移管和第五漂移管，在空腔內(nèi)還設(shè)有支撐座，支撐座通過(guò)第一螺旋臂和第二螺旋臂將第二漂移管和第四漂移管支撐在空腔內(nèi)，所述的支撐座上還設(shè)有支撐桿，在支撐桿的頂部設(shè)有第三漂移管，所述的第一漂移管、第二漂移管、第三漂移管、第四漂移管、第五漂移管同軸設(shè)置，所述第一漂移管與第二漂移管之間的間隙為第一漂移管間隙，第二漂移管與第三漂移管之間的間隙為第二漂移管間隙，第三漂移管與第四漂移管之間的間隙為第三漂移管間隙，第四漂移管與第五漂移管之間的間隙為第四漂移管間隙；在所述第一螺旋臂和第二螺旋臂上方的空腔內(nèi)還設(shè)有調(diào)諧裝置；耦合器對(duì)第一螺旋臂和第二螺旋臂中均衡的送入高頻功率，所述的耦合器支架將耦合器支設(shè)在所述的第一螺旋臂和第二螺旋臂之間。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋型多間隙高頻諧振裝置，其特征是所述的第一螺旋臂和第二螺旋臂均為漸開(kāi)線結(jié)構(gòu),其基圓半徑為40 100mm,螺旋壁厚度為20 40mm,外形全長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)90° 625°，半徑比率為2 4. 5，外形長(zhǎng)度400 1000mm，諧振頻率范圍由27 200MHz，且兩個(gè)螺旋臂之間具有相同的內(nèi)外電磁場(chǎng)間隔。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋型多間隙高頻諧振裝置，其特征是所述的第一漂移管、第二漂移管、第三漂移管、第四漂移管、第五漂移管的同心度小于O. 1mm。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋型多間隙高頻諧振裝置，其特征是所述的漂移管呈立體圓環(huán)狀，漂移管厚度為15 25mm,漂移管內(nèi)外倒角為O IOmm,腔長(zhǎng)為200 500mm,內(nèi)徑為200 1000mm，管間隙為10 40mm，諧振頻率為27 200MHz，相對(duì)速度為O. 01 O. 1， 漂移管外殼直徑為100 1000mm,外殼厚度為100 500mm ;所述的稱合器具有可旋轉(zhuǎn)I禹合環(huán)，稱合環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為O 90degree。
5.如權(quán)利要求1所述的螺旋型多間隙高頻諧振裝置，其特征是所述的調(diào)諧裝置設(shè)有至少兩個(gè)，所述的調(diào)諧裝置包括設(shè)置在圓柱形外壁上的調(diào)諧桿，調(diào)諧桿一端伸出空腔外界， 調(diào)諧桿的另一端在所述的空腔內(nèi)并連接有調(diào)諧片。
6.如權(quán)利要求1至5任一所述的螺旋型多間隙高頻諧振裝置，其特征是在所述腔體上設(shè)有取樣器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及高頻諧振裝置，尤其涉及重離子加速器使用的高頻諧振裝置。一種螺旋型多間隙高頻諧振裝置，包括腔體，在腔體上設(shè)有耦合器支架，所述空腔內(nèi)設(shè)有同軸設(shè)置的第一漂移管、第二漂移管、第三漂移管、第四漂移管、第五漂移管和第一螺旋臂和第二螺旋臂所述的耦合器支架將耦合器支設(shè)在所述的第一螺旋臂和第二螺旋臂之間。本結(jié)構(gòu)采用低電壓設(shè)計(jì)，提高電壓冗余度，對(duì)將來(lái)進(jìn)一步提高電壓具有很大的潛力；在結(jié)構(gòu)和尺寸上極大的節(jié)省了建造成本；隨著二級(jí)量的改善，可以提高整體聚束和加速的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H05H7/22GK202889765SQ20122054858
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者孫列鵬, 趙紅衛(wèi), 何源, 金鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所