RDS111回旋加速器RF系统简介

　　RF 系统是 RDS111 回旋加速器的射频电场供电系统。RF 系统工作时产生并输出高频率、高电压、高功率电场。是加速器维护和维修的重点和难点。本文主要阐述它的结构组成和工作原理, 并给出维护维修的建议。

　　1 结构组成及工作原理

　　电极结构- - - - 在回旋加速器真空腔内, 离子源产生的负氢离子被磁场偏转, 作回旋运动; 被射频电场加速, 回旋半径逐渐增大。加速负氢离子的射频电场由四个扇形共振电极产生, 称作 Dee 电极。如图 1Dee 电极装在回旋加速器真空腔中的磁铁空隙, 由固定于磁轭上的杆支撑, 支撑杆接地, 水冷却, 每个扇形 30°, 均匀绕圆周分布。在中心位置, 电极接在一起, 因而四个电极同步振荡。负氢离子回旋一周经过 4 个 Dee 时受到吸引和排斥而 8 次获得能量, 轨道半径逐渐增大, 直至 11 MeV 引出半径。电极工作参数: 离子回旋频率 18MHz, 电极振荡频率 72 MHz, 标准 Dee 电压 30- 38Kv, 每周能量增益: 120- 160keV。

　　供电电路结构- - - - RF 供电系统包括频率合成、功率放大、共轴传输、耦合网、Dee 结构以及监控线路见图 2。频率合成器采用精准的 PTS x10 正弦波频率发生器; 放大器采用 CE- 10000CTI- 72 三级线性功率放大器, 分为前放、中放和末放。监控电路包括频率扫描电路、电压调整电路、频率跟踪电路、Crowbar 电路等。

　　频率扫描电路用于扫描寻找 Dee 振子的共振频率, 电压电路用于监测和调整放大器输出到电极的加速高压。

　　Dee 结构的固有频率由于受热会缓慢漂移, RF跟踪电路测量共轴传输电缆的 RF 电压和 RF 电流之间的相位关系, 然后调整频率合成器的振荡器的频率, 进行频率补偿, 以维持共振。

　　Dee 结构加上高压后, 在真空腔内真空度和清洁度差时会偶尔打火。Dee 振子打火将引起负载出错, VSWR 监测器会提供保护, 关断 RF 放大器电路, 以使火花熄灭防止系统损坏, 产生 CROWBAR。打火消除(不到 1 秒)后系统恢复功率。

　　放大器通过 50 欧姆共轴传输电缆和耦合环( 伽玛匹配) 连接到共振腔, 伽玛匹配可以调整, 使Dee 振子阻抗与电缆的特性阻抗匹配。RF 放大器工作流程如图 4。

　　2 RF 系统维护维修参考

　　RF 系统工作时要产生高压、高频, 输出高功率, 所以工作场所的温湿度要求很严格。加速器控制室和主机房湿度控制要求: <40%。应采用多台大功率除湿机, 除湿量大于 100 升/天,24h 运行。夏天、下雨天湿度会增大, 这时 RF 系统设备需要更长的预热时间。当湿度超过 50%时, 受湿度影响, RF 放大器会产生高压打火, 导致一系列故障: