上海應(yīng)物所等高梯度C波段射頻加速技術(shù)研究取得進展

　　中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合中國電子科技集團第十二研究所（中電十二所）和上海三浩真空技術(shù)有限公司（三浩真空），經(jīng)過長期的理論研究和技術(shù)攻關(guān)，成功研發(fā)了高梯度C波段射頻加速技術(shù)單元，在SDUV-FEL加速器平臺上進行了該技術(shù)單元試驗研究，獲得了50MV/m的帶束加速梯度，實驗結(jié)果表明該技術(shù)研究取得重要進展。

　　C波段射頻加速技術(shù)是國際上新發(fā)展起來的高梯度加速技術(shù)，在自由電子激光和醫(yī)用及工業(yè)應(yīng)用加速器上有重要應(yīng)用。2011年日本建成了8GeV的C波段直線加速器，帶束加速梯度為35MV/m；瑞士和意大利也緊隨其后研制了自己的C波段加速結(jié)構(gòu)，并正在建設(shè)用于自由電子激光和康普頓背散射光源的C波段加速器，在可查文獻記錄中，他們的高功率試驗加速梯度最高達到55MV/m，帶束加速梯度最高達到45MV/m。

　　上海應(yīng)物所于2008年開始研制C波段加速技術(shù)，先后與中電十二所和三浩真空一起研制成功了1m長等阻抗、0.5和1.8m長等梯度加速管樣機，以及脈沖功率壓縮器。C波段加速結(jié)構(gòu)首次采用4π/5模式的拱形腔，以提高加速結(jié)構(gòu)的功率效率和束流品質(zhì)，能量倍增器采用TE₀₁₁₅模式，實現(xiàn)高品質(zhì)因素性能。在高功率試驗中，0.5米長加速結(jié)構(gòu)樣管獲得60MV/m的加速梯度。1.8米長樣管在束流試驗中，取得了50.8MV/m的世界最高的C波段帶束加速梯度，在略高于設(shè)計要求的運行梯度42.7MV/m下，其脈沖“打火”概率低于0.01%，能量倍增器峰值功率獲取了5.6倍增因子，最高輸出峰值功率達到145MW。

　　高梯度C波段射頻加速技術(shù)是X射線自由電子激光試驗裝置（SXFEL）的關(guān)鍵技術(shù)，利用40MV/m的高加速梯度，可以較大尺度地縮減加速器規(guī)模。通過該項目技術(shù)攻關(guān)，掌握了高梯度加速結(jié)構(gòu)的射頻理論分析、3D電磁場模擬設(shè)計、快速精確的微波“冷測”技術(shù)和系統(tǒng)化的高功率束流測試等關(guān)鍵技術(shù)，并探索形成一套完整的加工制造工藝。

　　通過該項目研究，攻克了C波段高梯度射頻加速技術(shù)，各項技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足SXFEL裝置的運行要求，部分指標(biāo)還達到了國際最好水平，為后續(xù)的C波段加速結(jié)構(gòu)批量制造和SXFEL的順利建設(shè)提供了技術(shù)保障。

C波段加速單元束流測試（上）、帶束加速梯度測量結(jié)果（下）