《X波段高梯度加速結構物理及關鍵技術研究》是依託清華大學，由陳懷璧擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：X波段高梯度加速結構物理及關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：陳懷璧
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自由電子雷射裝置，直線對撞機對直線加速器提出了新的需求，要求加速器結構緊湊，費用適中，長度儘可能縮短。X波段高梯度直線加速器滿足這些要求，成為近年來國際上的研究熱點。本項目針對X波段高梯度直線加速器的關鍵技術以及關鍵物理問題，進行理論分析和模擬研究；研製性能更優的X波段高梯度直線加速結構；利用Schottky效應輔助的光電發射來對加速結構中某位置的場增強因子進行測量，對其加速結構與打火的關係進行理論分析；研究高梯度加速結構中的關鍵技術，如表面處理技術，擴散焊技術；改進已有的微波測量平台，滿足高梯度X波段加速結構微波測量的要求；完成加速梯度100MV/m的加速樣管研製與測試；這些領域在申請單位已有相當的研究基礎。該項目可為未來X波段高梯度加速器的建設及套用打下基礎，也為我們國際X-射線自由電子雷射，直線對撞機等相關研究進行很好的技術儲備。
結題摘要
本項目針對X波段高梯度加速結構的關鍵技術以及物理問題，開展了包括高梯度加速結構設計、打火機理研究和結構研製與測試三方面的研究。發展了choke-mode 的等效電路模型並給出了吸收頻寬更寬的新型choke設計(CDS-C)，其尾場模擬結果表明在下一個束團處尾場幅度控制在 4~5 V/(pC m mm)以內，滿足歐洲核子中心緊湊型直線對撞機（CLIC）的尾場阻尼要求。實驗測量了不同類型choke結構對高階模的吸收性能，與模擬相符。新型choke結構被CLIC列入研製計畫。打火機理研究方面，開展了肖特基效應輔助的光電發射實驗，對高梯度加速結構中的某一具體位置的場增強因子進行測量，實驗結果表明：低的逸出功可能是導致場致發射和潛在的射頻擊穿的因素。開展了雷射觸發射頻擊穿實驗，研究了射頻擊穿後的能量流動，實驗結果表明弱耦合駐波加速結構可以降低射頻擊穿機率。開展了高解析度的場致發射電流成像實驗，達到解析度為100微米，場致發射電流成像實驗是歷史上首次對場致發射點進行直接觀測。在該實驗平台上還開展了場致發射電流與腔體微波儲能關係的研究，實驗表面在電場相同是，高的微波儲能也會導致場致發射電流增大。結構研製與測試方面，開展了X波段加速結構的加工調試研究，掌握了擴散焊技術，並搭建了X波段高梯度加速結構微波測量及調諧平台，實現了加速結構的精確調諧。在此基礎上，成功研製了T24_THU_#1實驗腔體，並開展了高功率實驗研究，實驗在6×10-8打火機率下的加速梯度高於110 MV/m，達到國際領先水平。開展了X波段choke-mode結構的高功率實驗研究，基於CDS-C的設計成功研製了三套 choke-mode 結構的駐波實驗管，實驗結果表明該型駐波實驗管可以穩定運行在75 MV/m。X波段高梯度結構的成功研製為大科學裝置的套用提供了技術儲備。
