【摘要】：偏轉(zhuǎn)腔是通過高頻電磁場使粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu),電子在沿偏轉(zhuǎn)腔軸向運(yùn)動(dòng)時(shí),受到橫向的洛倫茲力作用,其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化。在電子束流方向上,由于所處的磁場不同,使得處于束流不同位置的電子發(fā)生的偏轉(zhuǎn)大小有所不同。基于這個(gè)原理,偏轉(zhuǎn)腔可以用于束流診斷等工作。本文設(shè)計(jì)研制的C波段偏轉(zhuǎn)腔用于上海交通大學(xué)和清華大學(xué)、北京大學(xué)合作開展的“原子尺度超高時(shí)空分辨兆伏特電子衍射與成像系統(tǒng)”項(xiàng)目中電子束的診斷,實(shí)現(xiàn)20fs的電子束束長的測量,要求在1MW的功率輸入條件下達(dá)到1MV的偏轉(zhuǎn)電壓。偏轉(zhuǎn)腔中的工作模式為TM110模,TM110為偶極模,存在簡并模式。對于多腔結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)中需要保證腔與腔之間微波耦合過程中極化方向不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。論文對盤片開孔以及腔壁上開槽兩種方法進(jìn)行了討論,并采用了在偏轉(zhuǎn)腔腔壁上開圓槽的方法保證電磁場極化方向。論文通過解析求解以及CST等電磁模擬軟件,設(shè)計(jì)了3-Cell的C波段駐波偏轉(zhuǎn)腔。通過電磁場的模擬以及粒子動(dòng)力學(xué)的分析最終確定了偏轉(zhuǎn)腔的尺寸參數(shù),并給出了品質(zhì)因數(shù)、偏轉(zhuǎn)電壓相應(yīng)的物理參數(shù)。同時(shí)對偏轉(zhuǎn)腔的耦合器進(jìn)行了設(shè)計(jì),并通過熱力學(xué)模擬對偏轉(zhuǎn)腔的水冷系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。偏轉(zhuǎn)腔加工完成之后,在微波測試過程中需要同時(shí)保證偏轉(zhuǎn)腔的工作頻率以及電磁場場平滿足要求,為了簡化調(diào)諧和調(diào)場的過程,通過數(shù)值模擬對調(diào)節(jié)各個(gè)腔時(shí)場平變化與工作頻率變化進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)兩者之間為很好的線性,以此為基礎(chǔ)將可大大簡化調(diào)諧的過程,并利于保證調(diào)諧的精度。除此之外,提出了使用雙線bead-pull方法測量電磁場分布,避免了由于微擾體小珠旋轉(zhuǎn)造成磁場極化方向變化而導(dǎo)致的磁場測量不準(zhǔn)確性。偏轉(zhuǎn)腔調(diào)諧之后,偏轉(zhuǎn)腔的各項(xiàng)參數(shù)與物理設(shè)計(jì)要求相符,預(yù)計(jì)在下一步的高功率測試中能夠正常地工作。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL503
【圖文】：

TM110模受力，考慮式(2-5)變換圖2.1偏模式只有縱慮偏軸情況( )112mJ x∞=== 12zrEHH = = = 換到直角坐標(biāo)8偏轉(zhuǎn)腔橫向磁縱向的電場和（ 1ck r ）( )( )031! 1116mm mx x + +cos(si2co2c mmcmck rEjEkjEkωεωε標(biāo)系中有：磁場分布和橫向的磁下的電磁2 1! 2mx+ )( )( )nos 磁場，為了分磁場。對貝塞分析粒子通塞爾函數(shù)作（2-4）（2-5）通過偏作展開

RF2 /BLcE eλ≥其中y _ deflβ和y_flagβ為偏轉(zhuǎn)腔和接收屏處的垂直β 函數(shù)Δ Φ 為偏轉(zhuǎn)腔和接收屏之間的相位變化ω 為偏轉(zhuǎn)電壓角頻率defV 為偏轉(zhuǎn)電壓E 為束流能量，單位為 eV假設(shè)我們認(rèn)為偏轉(zhuǎn)腔和接收屏之間的距離L 只是一個(gè)簡單的漂移段，那么公式（2-18）可以簡化為：=2 /B defBLL VycE eω（2-19）在給定偏轉(zhuǎn)腔輸入功率的條件下，偏轉(zhuǎn)電壓為確定值。公式（2-18）、（2-19）顯示了束流在屏處的垂直尺寸與束流的初始縱向長度成正比，因此只要通過測量偏轉(zhuǎn)腔之后的束流垂直尺寸，就能得到束流的長度信息。

率 5.712GH率 1MW 條件下，偏轉(zhuǎn)電壓>1MV作在 37℃溫度條件下 2.5MeV 電子束束長診斷標(biāo)出發(fā)，下面將對偏轉(zhuǎn)腔的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。偏轉(zhuǎn)主要借助 CST 等三維電磁場仿真軟件進(jìn)行。體設(shè)計(jì)式分析腔的結(jié)構(gòu)是圓周對稱的，而偶極模 TM110模式并不是為任意方向，即存在極化方向相垂直的兩個(gè) TM110簡都可以視作這兩個(gè)垂直模式的疊加。由于簡并模式耦合過程中極化方向可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此在設(shè)計(jì)過輸進(jìn)行抑制。

【參考文獻(xiàn)】

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1 施嘉儒;陳懷璧;唐傳祥;黃文會(huì);杜應(yīng)超;鄭曙昕;任麗;;RF deffecting cavity for bunch length measurement in Tsinghua Thomson scattering X-ray source[J];中國物理C;2009年S2期

本文編號：2750800