[发明专利]连续波射频四级加速器水冷系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水冷系统及其制造方法，特别是一种连续波射频四级加速器水冷系统及其制造方法。

背景技术

射频四极场（Radio Frequency Quadrupole,RFQ）加速器是一种能同时用其射频电场的径向分量进行聚焦和纵向分量进行加速、适用于从质子到铀离子等各种低速带电粒子的高效直线加速结构。它集匹配、成形、聚束和加速等多种功能于一身，可直接接受从离子源引出的低速强流连续束流，并以极高的俘获效率和较低的发射度增长把粒子加速到每核子几个MeV的能量。另外，由于体积小巧和使用方便等优点，RFQ加速器不管作为大型加速器的注入装置还是作为独立使用的设备都极具研究和实用价值。

近年来，国内外对于散裂中子源、加速器驱动洁净核能源和其它高功率质子束所呈现的广泛兴趣，以及由此引起的对强流、高功率质子加速器的迫切要求，更对用作它们前级加速结构的射频四级加速器提出了种种新的要求，特别是对射频四级加速器能在高占空比、甚至在连续波工作状态下加速强流质子束，对其运行的稳定性和可靠性提出了空前严格的要求。

射频四级加速器在运行过程中产生的大量热会引起加速器的频率漂移，因此冷却结构是保证它稳定运行的前提，目前的常温射频四级加速器都采用水冷的方式，水冷具有两方面作用，首先它可以把射频场发热带走，维持射频四级加速器腔的热稳定性且限制了腔体形变幅度；其次，当射频四级加速器失谐时，它还可以用来进行调谐而不影响射频场分布。附图1是脉冲射频四级加速器其翼片剖视图，显示了水冷系统，常温射频四级加速器的水冷系统一般由翼片上的一根或数根通透直线水冷管路组成，该结构会导致以下两个问题：1、翼片散热不均匀，靠近水冷管路的地方最先得到冷却；2、在连续波状态下，翼片和整个射频四级加速器的温度不能有效精确控制，结果面临的应用困难是其冷却问题和由于温度变化引起的频率飘逸。

为了解决这两个问题，国内外的研究机构把精力集中于多开几根通透直线水冷管路且在开通位置上进行优化。1980年，Los Alamos国家实验室在其射频四级加速器系统的铜腔上，每个电极开了一个水冷管路。随后，他们建议的ADS系统工作于连续波状态下，为了检验系统的可行性，他们制成了一台低能示范加速器，在低能示范加速器系统中，为了使射频四级加速器腔的电极得到良好的冷却，每节腔的四翼电极上都有6个水冷管路，腔的调谐通过控制冷却水的水温来实现。韩国原子能研究院PEFP研究项目组研制的射频四级加速器工作于脉冲模式下，内部开了一个水冷管路。中国科学院高能物理研究所通过ANSYS程序设计了用于中国散裂中子源射频四级加速器的水冷管路的位置、尺寸、流量等基本参数，最后确定了用5个水冷管路来保证高功率运行下腔体的热变形得以有效控制，该射频四级加速器工作于脉冲模式；运行在连续波状态下的射频四级加速器，产生的热量明显增加，中国洁净核能源用射频四级加速器工作于连续波模式，仍然采用5个水冷管路来保证电极翼片的热稳定性。

连续波射频四级加速器运行过程中产生的热量远高于脉冲射频四级加速器，而散热性的好坏会直接影响射频四级加速器的工作稳定性。如果单靠增加水冷管路的数目来保证散热性，可能不能满足冷却要求，而且可能带来加工困难和随之而来有可能产生的系统漏水问题，且使得外围配套设备复杂化。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种解决连续波射频四级加速器散热问题的水冷系统；本发明的另一目的是提供这种水冷系统的制造方法。

技术方案：一种连续波射频四级加速器水冷系统，翼片内设有水冷管路，所述翼片为分片结构，所述水冷管路呈盘盒蛇形开设于所述翼片的分片的对接面上，所述水冷管路周围开设焊料槽。

所述水冷管路沿所述翼片长度方向分段开设，每段的进口和出口分别引出。

所述水冷管路在所述分片的对接面上开设的位置、形状相对应。

上述一种连续波射频四级加速器水冷系统的制造方法，包括以下步骤：

（1）将整体翼片线切割成两个分片；

（2）在切割面上开设水冷管路；

（3）在切割面上水冷管路周围开设焊料槽，在焊接槽中放入焊料；

（4）将两个分片的翼片从切割面对合，对合的接缝用电子束焊接合成；

（5）用数控机床对合成翼片按照PARMTEQM输出结果进行加工；

（6）用电子束焊接或者钎焊焊接四片射频四级加速器翼片。

所述切割面偏移于所述整体翼片的中分面。

所述焊接槽中放入钎焊焊料。