BEPCII初步方案设计.docx

1、BEPCII初步方案设计34高頻系统3.4.1概述高频系统是电子储存环的基本组成部分,发射机将来自电网的电能转变为微波，经波导传输馈入谐振加速腔，在腔中建立起加速电压,当电子穿越加速腔时就获得了动能。因此高频系统好比汽车的发动机,源源不断的为束流补充能量损失.同时,射频加速场、同步辐射和色散效应一起决定了束团纵向基本特征。B升级改造项目 (EPCI）是一台双环高亮度正负电子对撞机和兼容模式下的同步光源。原有高频的设备已不能满足ECII在腔压，功率和高阶模方面的要求，为此BEC现有的高频系统将进行全面的更新。新系统将采用国际上应用占主流的00Mz工作频率取代原有的200MH工作频率,以便获得较短

2、的束长,同时也便于借鉴国际上的先进经验和技术；由于射频超导技术的日趋成熟和广阔的应用前景，按照科学院发展加速器高新技术的指导方针,系统将采用超导高频腔。整个高频系统包括两套独立的子系统,+ 环和- 环各一套.每个子系统由超导腔，50 W速调管发射机，低电平线路和本地的低温设备构成, 图4-1表明系统的概貌。在对撞模式下e+ 环和e-环的高频子系统可提供1. V腔压,15 k功率;在光源模式束流在外环运行经过两只高频腔，高频系统具备提供3。0 V腔压，00k功率的能力。高频系统的主要参数见表241。图2。 F系统框图表2。4 BEPCI中与高频系统相关的机器参数参数符号单位对撞模式（e环和e-环

3、）同步光模式能量EGev89 （最大0)2.5周长Cm37.53021129流强mA91025束长mm15 1。动量压缩因子p。02。0161辐射损失U0K1216寄生模损失kKeV14（依赖填充模式)谐波数h3602频率rfMH49.8回旋频率f0M1.262.4同步振荡频率skHz42.143.51高频电压 Vrf1。53.纵向阻尼时间ms1。56束流功率PbkW1238（不含寄生模） 3。4.11 BCII对高频系统的要求表2.2列出了在对撞模式下EPCI总体设计对+ 环和- 环的高频系统的要求，其主要参数与当今00射频超导最高技术水平相当，超导加速腔和约1A的重束流负载是这个系统的主要

4、特征，建成后系统能否稳定运行是对设计和建造者的严峻挑战。表24-2 RF系统的设计要求项目要求1腔 压1。5MV2束流负载功率13 kW、流强0.93A3O 4相 位o、调节范围0幅度112技术方案目前SRc 0 MHz超导腔和EKB508 MHz超导腔电压的运行值由每腔1。4 18 MV,每腔提供的束流功率在250 kW以上。BCII选择的设计运行值为1.5 V/腔,束流功率0 k,那么+环和e- 环各需只超导加速腔即可，表43是 F系统主要技术参数。为了建造符合要求的系统，同时促进国内先进加速器技术进步，主要借鉴国际国内的经验和商业产品的状况,基本的工程技术路线为：购买两台20kW发射机，

5、通过国际合作引进两台超导腔,低电平国内研制.BEPC工程中高频系统所担负的任务可概括为如下几点:84.引进两个超导腔、建好测试基地和维护设施；. 购买25 功率源、完成配套设施;3. 研制低电平控制和保护设备;4. 系统调试运行。表2.4 R系统主要参数对撞模式R系统的运行参数（e环和- 环）参数符号（单位）数值频率ff （Hz）99.腔压Vc （V)1。能量损失/圈 （keV）13流强b（mA)90束流功率Pb （kW)23同步相角s(g.）17加速腔数量N速调管数量K发射机功率Pot (kWKlystro）25同步光源运行模式RF系统的参数腔压Vc （MV)0能量损失/圈Ub (eV)33

6、6流强I （mA）250束流功率Pb (kW）8同步相角 （Deg.）7加速腔数量速调管数量NK2发射机功率Pout (kWKlstron）50系统稳定性加速电压相位稳定度 （Deg.）1.0 加速电压振幅稳定度V/a （%）。3。2加速腔图 .4 SII和KEB超导腔Cornell大学为CESc发展的超导腔(图 242上)，目前常规运行的腔压1. MV腔，束流达到了0mA,并把技术转移到工业界(德国AE公司)，形成了交钥匙的商业产品。与此同时,KK为B粒子工厂发展研制的超导腔单元（主要部件由日本MECO公司制造，图 2。4-2下)，已经历了两年多运行的考验，目前常规运行的腔压15MV腔,束流

7、达到了10A。为了使KEK-B的08Mz的超导腔的技术用于CII 成为可能，HP加速器中心高频组在KEK专家的帮助下完成了改频设计，这个设计除了为适应BPI的工作频率、束流负载和安装条件而对其局部的设计进行了修改：增加了腔子午线的直线段，减少了耦合器的长度,过渡段真空管道增加了光子吸收器，尽量保持了原有KEB的0MHz的超导腔的成熟设计。因此,目前世界范围内存在两种类型的性能优良的深度阻尼高阶模的50MHz的超导腔单元，可供BCII工程选用。根据EPII的具体情况和国际上00MH的超导腔技术状况我们提出了BPCI所需超导腔的技术要求（表.4)，作为招标和进一步的技术洽谈的基础,目前商务和技术方

8、面的工作都在进行中.随着各方面价格、工期和供货条件等信息的明了,不久工程指挥部将会同专家从工程和长远发展作出最佳的选择。表244 BPII超导腔的技术要求 RopertieVacc 0M 508 （atcc= 20 V） Qext fintcolr1。7 05 10 Tun 49. 0。2（wih resoutonHz）RF losses 84 W ( ac2。0 M）PHOM kW PckUp 1W (tVacc = 2。MV）Crognics Cystatpresure fuuatio 3bar（At Vac = 2.0 V)Crott heim lvelflutuation 1%(At

9、Vac= 。0 MV）Sttic loses 35 WHghpwer indwTavlinwae 300 kW Powe at ful reection 75kW(Caity f reona） eh Hgh o the Caiy xis 120 mmecion o pitnadjustemnt m(n eri andHorzota)Tta lngth 5 mmTotl weigt 000 kg Fariciob Mail RR 2raetreatnt fllwing the proedre oKEKB rCESR Vauu e rates avi ami 2。0-10 ar lScC tohe

10、imta 0110 mbar l/SCvity to insain vac 2.01010 mb l/Secaon vcu tomient 2 反向承受功率30 kW隔离度 26B中心工作频率插入损耗10 B中心工作频率0。1 dB带宽内图-7PSM V电源和控制柜（左) TH2161速调管侧视图（右)3.4.4.3现有设施的改造与重建EII 500 Hz速调管系统对现有的配电、水冷、风冷系统及发射机大厅提出了新的要求,分别叙述如下：(3)发射机大厅目前高频系统有东、西两个发射机大厅，每厅面积约00m2，足以放置一部500 MH/50 k速调管发射机,按BPI初步方案，先拆掉一个厅（目前确定为

11、高频西厅)里的4部老发射机。我们初步设计了一个发射机及相关设施的布局图（图2.8）。并通过与速调管电源厂家协商确定了电源的安装方式，解决了电源大厅的高度难题。速调管电源的安装时，先固定变压器再采用平移方法安装电源外罩， 从而替代过去自上而下的吊装方式,这样,可不必安装天车,既省时又省工，尤其是在停机安装时间短的情况下。另外，发射机走线地槽和地线布局应根据新机器的特点重新考虑（待厂家最后设计报告评审通过后）.通向超导腔的功率馈管的走向和通道孔需重新设计和施工,施工设计方案需与总师和基建的同志共同商定.计划中的超导腔水平测试及维修间的建造及被测腔的功率馈送等细节应与发射机大厅改造和机器馈线安装共同

12、考虑。（2) 冷却水系统目前的20 MHz四极管发射机冷却水系统从流量和压力来看，不能满足将来00z发射机的要求,需要重新布局冷却水路，提高流量、水压和水质。此项工程工作量较大,具体要求要根据厂家的最后设计报告所确定的内容提出，并与总师及相关人员讨论确定。另外,流量计的选择因其价格较高需要重点考虑，细节将以专题报告的形式提出。 图2-8 k高频功率源系统布局(西厅)（3） 配电系统目前两厅的BEPC发射机使用的配电系统为0/1200。若继续用于两部5 MHz的发射机，则每部分别为 80V/60A,不能满足配电要求，并且现有的配电设备均已使用了1年以上，可靠性及先进性均无法谈及.所以在50MH发

13、射机定货的同时,应开始着手改造两厅的总配电柜及两厅的分柜。SSF已购进的新配电柜性能指标满足TAESTH21/500Mz10kW发射机的要求，并已良好地用于机器的运行，可作为BII的选择参考。 在更换配电系统的同时，为不影响BEPC机器运行，可将东厅4部发射机的供电系统略加改造，照常使用,直至第二部00 H新机器替代之。发射机有一定的环境要求，仍需视具体的机器而定。但目前我们现有的空调设备基本上满足各类0MHz0kW发射机的要求。3。5低电平控制系统低电平控制子系统实现系统的反馈控制和安全连锁快速保护功能,主要由信号源，联锁保护线路和几个反馈控制回路组成，表24-LLF的主要技术指标，如图.49所示为低电平控制系统原理图，表24-LLRF设备列表。各回路功能描述如下：表。49LF的主要技术指标序号项目技术指标1联锁保护响应时间m2相 环环路扑捉带45度，恢复时间 ms，开环增益40b,环路放大器的带宽在110kh范围内可调,在20db功率的动态变化范围内，闭环反馈控制精度好于1度.3幅 环对50的阶跃误差，恢