西安200 MeV質子應用裝置直線注入器低電平控制系統設計與測試

劉臥龍， 趙銘彤， 高建超， 姜 勇， 趙 軍， 王志宇， 王茂成， 呂 偉， 王百川， 雷 鈺， 邢慶子， 程 誠， 王忠明

(1. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024； 2. 西北核技術研究所， 西安 710024； 3. 北京航天廣通科技有限公司， 北京 100854； 4. 清華大學 工程物理系， 北京 100084)

西安200 MeV質子應用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility, XiPAF)由200 MeV質子同步加速器和7 MeV負氫離子直線注入器組成，是基于加速器的空間質子輻照地面模擬專用裝置，可開展宇航級抗輻射電子器件的空間輻射效應和輻射探測技術等方面的研究工作[1-2]。注入器由負氫離子源(IS)、低能傳輸段(LEBT)、RFQ、DTL和中能傳輸段(MEBT)組成，包括RFQ、DTL和散束器3臺的工作頻率為325 MHz射頻腔，采用2套500 kW四極管功率源和1套15 kW全固態功率源提供射頻功率，射頻激勵信號由LLRF產生。該注入器可產生脈沖寬度為40 μs、重復頻率為0.5 Hz的7 MeV脈沖負氫離子束流，其中，RFQ將來自LEBT的負氫離子束流由50 keV加速至3 MeV； DTL進一步將束流加速至7 MeV；最后散束器將束流動量分散度由1%降低至0.45%，提高束流注入同步環時的注入效率[3-4]。腔內電場強度的幅值和相位監測控制對直線加速器至關重要，是保持束流縱向動力學參數匹配和實現束團穩定加速的關鍵環節。現代加速器通常使用LLRF對腔內電場強度進行監測與控制，XiPAF直線注入器采用3套獨立的LLRF，實現對RFQ、DTL和散束器腔內射頻電場強度的精確控制。

1 XiPAF直線注入器射頻功率源

XiPAF直線注入器如圖1所示。3臺射頻腔的工作頻率均為325 MHz，以脈沖模式運行，射頻脈沖最大重復頻率為1 Hz。考慮建立加速電場的功率損耗、束流損耗及功率傳輸系統的損耗，RFQ，DTL和散束器需要的射頻峰值功率分別為406 ,263,7 kW。……