[发明专利]一种大型强子加速器用的轮辐腔结构

说明书

本发明公开一种大型强子加速器用的轮辐腔结构，芯棒的两端分别带有弧形凸面，各弧形凸面外凸于轮辐腔的外周圆柱面上，芯棒沿轮辐腔的径向穿过轮辐腔。本大型强子加速器用的轮辐腔结构是在传统轮辐腔结构的基础上进行改进，通过在传统轮辐腔结构中的第一圆角外周设置弧形凸面，可有效提高第一圆角附近电磁场分布的均匀性，同时有效实现减小轮辐腔有效二次电子发射系数至可接受范围的目的，避免芯棒本身对电磁场分布所造成的影响。

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，特别涉及一种大型强子加速器用的轮辐腔结构。

背景技术

轮辐腔作为一种超导高频腔，常用于中能粒子(0.4β0.7)的加速，其中，β是粒子速度与光速的比值。与椭球腔相比，轮辐腔具有机械强度高、可加速粒子速度区间宽等优点，因此，目前国际上很多大型强子加速器会采用轮辐腔作为粒子的中能加速结构。但是，在实际应用中，轮辐腔的运行状态受有效二次电子发射系数的影响，若其结构设计不合理，其工作腔压将会处在有效二次电子发射系数(SEY)大的区间内，严重时会导致腔体无法正常工作。因此，减小有效二次电子发射系数的合理腔体结构设计是提高腔体运行稳定性的关键。

在目前常用的轮辐腔中，一般情况下，双加速间隙轮辐腔的二次电子发射主要存在两处位置(如图1或图2所示的第一圆角1处和第二圆角2处)，其中，第二圆角处的有效二次电子发射系数可通过加大圆角半径将其抑制到可接受范围(即SEY小于1.4)；但对于第一圆角处的有效二次电子发射系数，一般无法通过改变圆角半径来实现降低有效二次电子发射系数，其原因是因为芯棒3破坏了圆周腔体结构，会造成在第一圆角处的电磁场分布不再均匀，进而导致了二次电子发射轨迹的不确定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型强子加速器用的轮辐腔结构，该结构可有效提高第一圆角附近电磁场分布的均匀性，实现减小轮辐腔有效二次电子发射系数至可接受范围的目的。

本发明的技术方案为：一种大型强子加速器用的轮辐腔结构，芯棒的两端分别带有弧形凸面，各弧形凸面外凸于轮辐腔的外周圆柱面上，芯棒沿轮辐腔的径向穿过轮辐腔。

所述芯棒的端面中部呈圆形通孔，弧形凸面位于圆形通孔外周，且圆形通孔的圆周与弧形凸面的投影面外周轮廓形成内切。

所述弧形凸面包括对称位于圆形通孔两侧的第一凸面和第二凸面。

所述弧形凸面中，第一凸面的径向截面和第二凸面的径向截面外轮廓均呈弧形段，各弧形段所在的圆环或椭圆环与轮辐腔的径向外圆周相交。

所述第一凸面和第二凸面分别是通过半径为30mm的圆以芯棒顶部圆周边沿为中心旋转一圈形成的相交部，相交部呈现月牙状。经过试验检测，该半径的第一凸面和第二凸面适用于工作频率648MHz单芯棒轮辐腔结构，根据轮辐腔的实际工作频率需求，也可根据二次电子发射计算结构进一步优化第一凸面和第二凸面，调整形成该结构的圆的半径。

所述圆形通孔的边沿为圆角状，第一凸面和第二凸面的外边沿也呈圆角状。

所述弧形凸面为圆球面或椭圆球面的一部分。

所述芯棒包括依次连接的第一圆柱段、第一锥形段、中部连接段、第二锥形段和第二圆柱段，第一圆柱段的外端面和第二圆柱段的外端面分别与弧形凸面相接。

所述中部连接段的直径小于第一圆柱段和第二圆柱段，第一圆柱段和第二圆柱段对称设置。