一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法技术方案

本发明专利技术涉及一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法。冷却系统包括：翼冷却通路，其沿周向在每两个相邻内腔相连处分布，贯通腔体的两端；壁冷却通路，包括角位壁冷却通路和边位壁冷却通路，壁冷却通路沿周向在大于翼冷却通路距离所述腔体中心的径向的外围分布，其中角位壁冷却通路在腔体横截面上位于角落处，边位壁冷却通路在腔体横截面上位于角落之间，角位壁冷却通路和边位壁冷却通路均贯通腔体的两端，并在腔体的一端处，相邻的角位壁冷却通路与边位壁冷却通路串联连接。本发明专利技术提高了RFQ腔体中电磁场在纵向的均匀性，使束流的传输更加接近设计情况，从而提高了束流品质和减小了束流损失，进而提高了整个离子加速器的稳定性与可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法


[0001]本专利技术涉及离子加速器
，具体涉及一种翼型射频(RFQ)腔体射频场纵向均匀性控制领域，更具体涉及一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法。

技术介绍

[0002]目前的离子加速器大科学装置(如CiADS、HIAF)通常由常温RFQ加速器和超导直线加速器组成，束流从RFQ出来后经匹配进入超导加速腔体。RFQ出口的束流品质对超导直线加速器的运行状况具有十分重要的影响，因此，目前大科学装置中的RFQ加速器的设计一直在以提高束流品质、减小纵向发射度、提高RFQ加速器稳定性等性能为目标。RFQ加速器性能的提高将能够极大提高整个加速器系统乃至整个装置的稳定性及可靠性。
[0003]除了在设计时对RFQ加速器进行优化外，对于连续波(CW)运行模式的RFQ加速器，冷却系统设计对于其性能的提高同样至关重要。目前的RFQ腔体水路布局普遍采用了在腔体的纵向贯通各个独立的水冷通路，即采用将所有水路全并联的冷却方案，没有考虑水路的设置方式对加载功率后腔体局部谐振频率(或局部电磁场强度)沿纵向的变化。经过多物理场分析发现，由于冷却水沿纵向逐渐升温，对流换热系数沿纵向在逐渐变化，在水路全并联布局方式下，腔体内的电磁场分布与设计值有较大的偏离，这将影响RFQ加速器的束流品质和超导直线加速器的运行稳定性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法，考虑水路的设置方式对加载功率后腔体局部谐振频率(或局部电磁场强度)沿纵向的变化，从而提高对腔体射频场纵向均匀性的控制。
[0005]本专利技术首先提出一种翼型射频腔体的冷却系统，所述翼型射频腔体包括一组在周向上分布的呈多个翼的内腔，所述冷却系统包括：
[0006]翼冷却通路，其沿周向在每两个相邻内腔边界的翼内分布，贯通所述腔体的两端；
[0007]壁冷却通路，包括角位壁冷却通路和边位壁冷却通路，所述壁冷却通路沿周向在大于所述翼冷却通路距离所述腔体中心的径向的外围分布，其中所述角位壁冷却通路在所述腔体横截面上位于角落处，所述边位壁冷却通路在所述腔体横截面上位于所述角落之间，所述角位壁冷却通路和边位壁冷却通路均贯通所述腔体的两端，并在所述腔体的一端处，相邻的所述角位壁冷却通路与所述边位壁冷却通路串联连接。
[0008]根据本专利技术的一种实施方式，所述串联的方式围绕所述腔体的束轴呈旋转对称的形式。
[0009]根据本专利技术的一种实施方式，所述边位壁冷却通路距所述腔体束轴小于所述角位壁冷却通路距所述腔体束轴的距离。
[0010]根据本专利技术的一种实施方式，每一路所述翼冷却通路在以所述腔体的中心为圆心的径向上分布有至少一路所述边位壁冷却通路，相邻的所述翼冷却通路与所述边位壁冷却
通路的流向不同。
[0011]根据本专利技术的一种实施方式，所述壁冷却通路的入口位于所述角位壁冷却通路上，所述翼冷却通路的入口与所述壁冷却通路的入口在纵向上处于所述腔体的同侧。
[0012]根据本专利技术的一种实施方式，所述壁冷却通路的入口位于所述边位壁冷却通路上，所述翼冷却通路的入口与所述壁冷却通路的入口在纵向上处于所述腔体的两端。
[0013]根据本专利技术的一种实施方式，所述翼型射频腔体为四翼型射频四极场加速器腔体，所述内腔分别位于四个象限，所述翼冷却通路分布于处于极轴的翼内，所述角位壁冷却通路均匀分布于相邻的极轴之间壁内，所述边位壁冷却通路分布于距离坐标中心大于所述翼冷却通路的极轴上，每个象限的角位壁冷却通路与其相邻的边位壁冷却通路串联。
[0014]本专利技术还提出一种根据所述的翼型射频腔体的冷却系统的冷却方法，所述方法包括：
[0015]将相邻的所述角位壁冷却通路与所述边位壁冷却通路串联连接对所述腔体进行冷却。
[0016]根据本专利技术的一种实施方式，将所述翼冷却通路的冷却流向设置为与相邻的所述边位壁冷却通路的冷却流向不同。
[0017]根据本专利技术的一种实施方式，在所述腔体的束流流出端侧将所述相邻的所述角位壁冷却通路与所述边位壁冷却通路串联连接，
[0018]当所述壁冷却通路的入口位于所述角位壁冷却通路上，则所述翼冷却通路的入口与所述壁冷却通路的入口在纵向上处于所述腔体的同侧；
[0019]当所述壁冷却通路的入口位于所述边位壁冷却通路上，则所述翼冷却通路的入口与所述壁冷却通路的入口在纵向上处于所述腔体的两端；
[0020]优选地，所述壁冷却通路的冷却温度高于所述翼冷却通路的冷却温度，更优先地，所述壁冷却通路的冷却温度高于所述翼冷却通路的冷却温度不超过2摄氏度。
[0021]本专利技术通过对RFQ腔体的冷却通路进行合理布置并有效串联连接，并对冷却流动方向、温度设置进行规定，本专利技术提高了RFQ腔体中电磁场在纵向的均匀性，使束流的传输更加接近设计情况，从而提高了束流品质和减小了束流损失，进而提高了整个离子加速器的稳定性与可靠性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一实施例冷却系统通路在横截面上的位置示意图；
[0023]图2为本专利技术一实施例未显示腔体的冷却通路围绕束流中心呈旋转对称串联方式的立体示意图；
[0024]图3为本专利技术一实施例冷却液流动方向示意图；
[0025]图4本专利技术另一实施例冷却液流动方向示意图；
[0026]图5为本专利技术的实施实例分析结果示意图。
具体实施方式
[0027]以下将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本专利技术范围的限制，而只是为
了说明本专利技术技术方案的实质精神。
[0028]本专利技术的一种提高四翼型RFQ加速器腔体中电磁场沿纵向均匀性的方案，不改变现有腔体结构，通过冷却通道的布置形式以及控制特定通路流通的方向，进一步提高腔体内电磁场沿纵向分布的均匀性，同时可以减少冷却水路监测元件的数量，降低整个加速器系统的造价。
[0029]本专利技术首先提出一种四翼型RFQ腔体的冷却系统，四翼型RFQ腔体包括一组在周向上分布的呈多个翼的内腔，所述冷却系统包括：
[0030]翼冷却通路10，其沿周向在每两个相邻内腔相连处分布，贯通所述腔体的两端；
[0031]壁冷却通路20，包括角位壁冷却通路201和边位壁冷却通路202，所述壁冷却通路20沿周向在大于所述翼冷却通路10距离所述腔体A中心的径向的外围分布，其中所述角位壁冷却通路201在腔体横截面上位于角落处，边位壁冷却通路202在腔体横截面上位于角落之间，角位壁冷却通路201和边位壁冷却通路202均贯通腔体A的两端，并在腔体A的一端处，相邻的角位壁冷却通路201与边位壁冷却通路202串联连接。
[0032]上述技术方案摒弃了常用的在腔体纵向并列设置多个冷却通道对腔体进行冷却的形式，而是根据内腔的布置形式设置了由内圈到外围的围绕内腔的冷却通路，且将最外围角落处的通路与相对位于中间位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种翼型射频腔体的冷却系统，所述翼型射频腔体包括一组在周向上分布的呈多个翼的内腔，其特征在于，所述冷却系统包括：翼冷却通路，其沿周向在每两个相邻内腔边界的翼内分布，贯通所述腔体的两端；壁冷却通路，包括角位壁冷却通路和边位壁冷却通路，所述壁冷却通路沿周向在大于所述翼冷却通路距离所述腔体中心的径向的外围腔壁内分布，其中所述角位壁冷却通路在所述腔体横截面上位于角落处，所述边位壁冷却通路在所述腔体横截面上位于所述角落之间，所述角位壁冷却通路和边位壁冷却通路均贯通所述腔体的两端，并在所述腔体的一端处，相邻的所述角位壁冷却通路与所述边位壁冷却通路串联连接。2.根据权利要求1所述的翼型射频腔体的冷却系统，其特征在于，所述串联的方式围绕所述腔体的束轴呈旋转对称的形式。3.根据权利要求1或2所述的翼型射频腔体的冷却系统，其特征在于，所述边位壁冷却通路距所述腔体束轴小于所述角位壁冷却通路距所述腔体束轴的距离。4.根据权利要求3所述的翼型射频腔体的冷却系统，其特征在于，每一路所述翼冷却通路在以所述腔体的中心为圆心的径向上分布有至少一路所述边位壁冷却通路，相邻的所述翼冷却通路与所述边位壁冷却通路的流向不同。5.根据权利要求1或2或4所述的翼型射频腔体的冷却系统，其特征在于，所述壁冷却通路的入口位于所述角位壁冷却通路上，所述翼冷却通路的入口与所述壁冷却通路的入口在纵向上处于所述腔体的同侧。6.根据权利要求1或2或4所述的翼型射频腔体的冷却系统，其特征在于，所述壁冷却通路的入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨星，张周礼，何源，徐显波，金晓凤，朱铁明，王锋锋，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：