1.3 GHz超導加速模組振動響應有限元分析及測試

甄亭亭 鄧榮兵 高 飛 雷知迪 殷立新

（中國科學院上海高等研究院上海201204）

硬X射線自由電子激光裝置（Shanghai HIgh Repetition Rate XFEL and Extreme Light Facility，SHINE）是中國迄今為止投資最大、建設周期最長的國家重大科技基礎設施項目，是上海科創中心以及張江綜合性國家科學中心的核心創新項目［1-3］。整個裝置包括一臺能量8 GeV的超導直線加速器，可以覆蓋0.4～25 keV光子能量范圍的3條波蕩器線、3條光學束線以及首批10個實驗站。總裝置長度3 110 m，隧道埋深29 m。硬X射線自由電子激光裝置建成后，將為物理、化學、生命科學、材料科學、能源科學等領域提供高分辨成像、超快過程探索、先進結構解析等尖端研究手段。

SHINE采用的600只TESLA型9-cell超導腔［4］要求具有8 GeV電子束的能量，并嚴格控制位置抖動公差，一般來說，不超過光束大小的10%［5］。這些光束不穩定性是在光束加速期間由各種來源產生的。其中要求腔在垂直于束流方向1～100 Hz的振動不超過300 nm。在德國電子同步加速器研究所（Deutsches Elektronen-Synchrotron，DESY）的一篇報告中總結了世界各地19處光源的地面振動情況［6］。文中表示大部分地區即便在噪雜時刻，地面振動的均方根值也基本在150 nm以內，而上海光源附近因為地質的影響，嘈雜時刻水平振動能達到500 nm以上，安靜時刻也在200 nm左右。Amirikas等［7］對漢堡第三代光源自由電子激光裝置（Free electron LASer in Hamburg，FLASH）的超導加速模組進行了常溫下的振動測試，通過支撐及連接關系的改善，橫向振動頻率從4.7 Hz增大到了11 Hz。同時Amirikas等［8］的研究表明，TESLA type II低溫模組在小于10 Hz的頻段內，模組內部結構呈整體運動趨勢，在該頻段內，模組運動受支撐影響。……