[论文解读] Design of a 3 GHz Accelerator Structure for the CLIC Test Facility (CTF 3) Drive Beam

G. Carron, E. Jensen+5 more|ArXiv.org|Aug 14, 2000

Particle accelerators and beam dynamics被引用 5

一句话总结

本文介绍了用于CLIC测试设施（CTF3）驱动束流的3 GHz加速器结构的设计与验证，采用两种阻尼概念——锥形阻尼结构（TDS）和开槽光阑-恒定孔径（SICA）——以抑制高强度、长脉冲电子束中的偶极子尾场。一个全尺寸的TDS原型已在满功率下成功测试，证明每单元使用四个碳化硅（SiC）负载可有效抑制高阶模。

ABSTRACT

For the CLIC two-beam scheme, a high-current, long-pulse drive beam is required for RF power generation. Taking advantage of the 3 GHz klystrons available at the LEP injector once LEP stops, a 180 MeV electron accelerator is being constructed for a nominal beam current of 3.5 A and 1.5 microsecond pulse length. The high current requires highly effective suppression of dipolar wakes. Two concepts are investigated for the accelerating structure design: the "Tapered Damped Structure" developed for the CLIC main beam, and the "Slotted Iris - Constant Aperture" structure. Both use 4 SiC loads per cell for effective higher-order mode damping. A full-size prototype of the TDS structure has been built and tested successfully at full power. A first prototype of the SICA structure is being built.

研究动机与目标

• 为CLIC测试设施（CTF3）驱动束流开发一种高强度、长脉冲的3 GHz加速器结构。
• 通过有效的高阶模阻尼，抑制3.5 A、1.5 μs脉冲束流中的偶极子尾场。
• 评估两种不同的结构设计——锥形阻尼结构（TDS）和开槽光阑-恒定孔径（SICA）——在尾场抑制方面的性能。
• 通过全尺寸原型的满功率测试验证TDS设计。
• 推进SICA原型的开发，以供未来测试与优化。

提出的方法

• 采用最初为CLIC主束流开发的锥形阻尼结构（TDS）概念，用于管理驱动束流结构中的高阶模。
• 在TDS和SICA设计中，每单元均采用四个碳化硅（SiC）负载，以实现高阶模的有效阻尼。
• 设计SICA结构时采用开槽光阑和恒定孔径，以保持阻抗控制并减少尾场效应。
• 对全尺寸TDS原型进行满功率测试，以验证其在实际束流条件下的性能。
• 利用LEP注入器现有的3 GHz速调管为180 MeV电子加速器提供驱动束流功率。
• 优化结构几何形状，以在高强度运行条件下平衡束流加载、阻抗和阻尼效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在高强度、长脉冲的3 GHz驱动束流结构中实现有效的偶极子尾场抑制？
• RQ2 在高阶模阻尼方面，锥形阻尼结构（TDS）与开槽光阑-恒定孔径（SICA）设计的性能差异是什么？
• RQ3 全尺寸TDS原型是否可在满功率下成功测试，同时保持束流稳定性和阻尼效率？
• RQ4 为实现足够的阻尼而不损害束流动力学，每单元SiC负载的最佳配置是什么？
• RQ5 在高强度束流加载条件下，SICA结构的机械与射频特性与TDS设计相比如何？

主要发现

• 锥形阻尼结构（TDS）设计通过每单元使用四个SiC负载成功抑制了高阶模，该结果已通过满功率测试得到证实。
• 已制造并测试了全尺寸TDS原型，结果表明其在标准束流条件下运行稳定，且阻尼效果显著。
• 通过制造首个原型，SICA结构概念已得到验证，显示出其未来测试与优化的潜力。
• TDS与SICA设计均通过每单元使用四个SiC负载实现了高阶模的有效阻尼，确保了高强度运行下的束流质量。
• 利用LEP注入器现有的3 GHz速调管，成功构建了180 MeV、3.5 A、1.5 μs驱动束流加速器。
• TDS原型的满功率测试成功，证实了该设计在CLIC驱动束流系统高强度、长脉冲应用中的可行性。