資料介紹
射頻超導諧振腔可以工作在連續波或長宏脈沖模式.射頻超導技術已發展為加速各種帶電粒子束的重要手段.射頻超導技術發展的前期受材料性能、腔的處理以及加工安裝水平等的限制,經過幾十年的不斷改進,射頻超導技術獲得了重大突破.射頻超導腔應用到超導加速器上并成功運行,積累了腔的質量控制工藝和工業化制備的大量經驗,近期國際上面對未來大科學裝置項目,在射頻超導技術方面進行了大量的研發工作,主要包括提高超導腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒鈮材)超導腔的研究,能量回收直線加速器(ERL)技術是近年來獲得發展的重要加速器技術.ERL具有高效、節能、穩定性好、低輻射水平等優勢,被越來越多地應用到先進光源和自由電子激光裝置中.
1 射頻超導與ERL的優勢
射頻超導諧振腔最大的優越之處在于它可以工作在連續波(CW)模式或長宏脈沖模式下,提供高的加速梯度[1】,超導腔的表面電阻比銅腔的小5個量級,其品質因數Qo -般大于109,采用高純材料制成的射頻超導腔,由于其剩余電阻很小,在2K以下超低環境中Qo能夠超過1010.即使計入液氦制冷系統消耗的功率,同樣規模的超導腔的總功耗也只有銅腔的幾百分之一.RF加速結杓會影響束的品質,如能散度、發射度、束暈、最大流強等等,要得到好的束流品質,對加速器提出了非常高的要求,超導腔高的加速梯度能減少腔的數目,縮短了CW加速器的長度.由于超導腔壁損耗極小,腔形易優化,超導腔束孔大,減弱了束腔相互作用,未來光源要求高品質電子束具有低的電子束發射度、高亮度、高相干性和超短時間結構.光陰極電子槍加上超導直線加速器可以提供高品質電子束.而高光子通量需要高流強電子束,僅僅是使用直線加速器需要非常大的電力資源.能量回收直線加速器(ERL)技術解決了上述問題.圖1是ERL的原理圖,與波蕩器作用產生自由電子激光輸出后,電子束返航注入主加速器,在減速相位把電子束的動能轉換為微波能量,用于加速新的電子束.ERL可使自由電子激光的能量轉換效率有幾倍到幾十倍的提高,并使輻射防護和微波功率源的投資大幅度地降低,因此,采用ERL技術,不僅可以大幅降低高頻系統的造價和主耦合器的功率負擔,提高效益/投資比,還具有高效、節能、穩定性好、低輻射水平的特點.由于ERL技術的優勢,采用ERL技術已成為新光源發展的一個趨勢。
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