[发明专利]一种单芯棒轮辐式超导加速腔及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导加速腔及其制造方法，特别是关于一种用于对强流质子进行加速的单芯棒轮辐式超导加速腔(超导Spoke腔)及其制造方法。

背景技术

随着加速器技术的发展，加速器在科研、医疗、环境保护、能源、以及国防安全等领域的应用将越来越广泛。根据各种不同应用领域的需求，对加速器提出了各种不同的技术要求。在加速器驱动次临界反应堆(ADS)的研究需求推动下，强流质子直线加速技术成为目前正需要快速发展的一类加速器技术。这主要因为它在核原料利用、核废料处理、核电站安全等问题上具有不可替代的优势，使得这种加速技术的需求变的迫切。而且强流质子直线加速在科学研究以及国家安全等方面，有着广阔的应用空间。

目前的质子直线加速装置仍采用常温的加速器技术。由于常温加速技术的自身特点和限制，加速器的热损耗很大，尤其是采取驻波加速结构的漂浮管直线加速器(DTL)，功率利用效率低；而且由于常温加速器性能的限制因素，在一定加速梯度要求下，常温加速器能加速的脉冲长度和重复频率有限，这限制了常温加速器能加速的束流平均流强。

由于常温加速器在上述方面的限制因素，强流质子直线加速需要向射频超导加速技术寻求解决办法。射频超导加速技术以其低腔壁电阻、低功率损耗；大束流孔径、高耦合度、低尾场效应；以及可以在长宏脉冲、甚至连续波模式下工作等优势，可以帮助解决强流加速的关键问题。由于质子加速时，加速粒子的β值(粒子的速度比光速的值)小于1，而且会随着加速的过程变化，因此加速结构中每个加速间隙的长度，需要根据所用加速度段粒子的β值而确定，以满足加速所需要的相位要求。由中国科学院高能物理研究所设计的扁椭球腔就是一类超导质子加速结构，如图4所示。该扁椭球腔是根据用于超导电子加速的β＝1的椭球腔，通过压缩加速间隙长度而设计得来的。由于这种结构会造成腔内电磁场储能空间狭小，腔壁上峰值表面电磁场很强，因此，会限制超导腔的加速梯度和实际运行时的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于对强流质子进行加速的单芯棒轮辐式超导加速腔(超导Spoke腔)及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种单芯棒轮辐式超导加速腔，其特征在于：它包括圆柱形腔筒，所述腔筒的筒壁上对称设置有两个芯棒孔，间隔所述两个芯棒孔对称穿设有两清洁管，两所述清洁管位于所述腔筒外侧的一端分别连接一法兰；所述腔筒的两端分别设置有一端盖；两所述端盖的表面中部内凹，中心部位分别穿设一端盖束管，两所述端盖束管穿出两所述端盖连接一法兰；所述腔筒内的两所述芯棒孔之间设置有一芯棒，所述芯棒为一薄壁腔，其中间段呈直筒形，两端呈对称的漏斗形，两所述漏斗形的端口分别对应设置在两所述芯棒孔内；所述芯棒的中间段穿设一中心束管，所述中心束管与两所述端盖束管位于同一轴线上。

所述腔筒包括两对称设置的弧形马鞍过渡面和两对称设置的弧形侧面，两所述芯棒孔分别设置在两所述马鞍过渡面上，两所述清洁管分别设置在两所述侧面上；两马鞍过渡面和两侧面之间分别设置有一腔筒加强筋，

两所述端盖外侧的所述端盖束管上，间隔设置有若干端盖加强筋。