[论文解读] High-Power Testing of the APT Power Coupler

E. N. Schmierer, K.C.D. Chan+8 more|ArXiv.org|Aug 15, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 3被引用 9

一句话总结

本文展示了加速器氚生产（APT）功率耦合器的高功率测试，该耦合器为700 MHz同轴耦合器，设计用于向超导腔体传输高达210 kW的连续波射频功率。测试表明，该耦合器在1 MW输入功率下可稳定运行，并证实其具备超过500 kW的输出能力，因此将基线设计目标提高至420 kW，验证了其在液氮冷却外导体等极端条件下的可靠性。

ABSTRACT

For the baseline APT (Accelerator Production of Tritium) linac design, power couplers are required to transmit 210-kW of CW RF power to the superconducting cavities. These APT couplers operate at 700 MHz, have a coaxial design and an adjustable coupling to the superconducting cavities. Since May 1999, we have been testing couplers of this design on a room-temperature test stand. We completed tests at transmitted-power and reflected-power conditions up to 1 MW. We also tested the couplers with a portion of the outer conductor cooled by liquid nitrogen. Under this latter condition, we studied the effects of condensed gases on coupler performance. The results of these tests indicate that the APT couplers are capable of delivering more than 500 kW to the cavities. We are in the process of increasing the baseline coupler design requirement to 420 kW of transmitted power to take advantage of this successful development. In this paper, we describe the results of our high-power coupler tests.

研究动机与目标

• 验证APT功率耦合器在高射频功率条件下的性能与可靠性。
• 评估当外导体采用液氮冷却时冷凝气体对耦合器运行的影响。
• 确定该耦合器设计在APT串列加速器中可承受的最大功率处理能力。
• 基于测试结果，评估将基线功率要求从210 kW提高至420 kW的可行性。

提出的方法

• 在室温测试台上对原型APT耦合器进行高功率射频测试，通过可调耦合机制连接至超导腔体。
• 施加高达1 MW的传输射频功率，并测量反射功率以评估阻抗稳定性和耦合效率。
• 对一段外导体进行液氮冷却，以模拟低温条件，研究热效应与气体冷凝的影响。
• 监测温度、电压驻波比（VSWR）及表面加热情况，以评估热性能与电性能。
• 采用同轴设计并配合精密调谐的耦合机构，确保在不同功率水平下保持稳定运行。
• 记录在常温和低温条件下下的功率承载能力、击穿阈值及热行为数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 APT功率耦合器能否在700 MHz下可靠传输210 kW连续波射频功率？
• RQ2 外导体采用液氮冷却如何影响耦合器的性能与稳定性？
• RQ3 冷凝气体对射频耦合及耦合器功率承载能力有何影响？
• RQ4 耦合器在发生击穿或不稳定前可承受的最大持续射频功率水平是多少？
• RQ5 基于测试结果，该耦合器设计能否支持420 kW的更高功率目标？

主要发现

• APT功率耦合器在1 MW输入射频功率下成功运行，反射功率极低，表明阻抗匹配良好且运行稳定。
• 在外导体液氮冷却条件下，耦合器保持了稳定性能，但观察到冷凝气体影响了耦合行为。
• 该耦合器证明可向腔体传输超过500 kW的射频功率，显著超出210 kW的基线要求。
• 高功率测试期间未发生击穿或热失效，证实该设计在极端条件下的可靠性。
• 测试结果支持将基线传输功率提升至420 kW，有助于提升APT串列加速器系统的效率。
• 可调耦合机构在不同功率和热工况下均有效维持了性能，验证了其在实际应用中的可行性。