专利名称：一种铁氧体加载变频调谐腔的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及在真空情况下形成高频高压电场，并在束流运动方向对重粒
子束进行俘获、加速或减速的铁氧体加载的宽频带高频高压同步加速器装置技术领域，尤 其涉及一种铁氧体加载变频调谐腔。
技术背景 在此以前，国内只有中国科学院近代物理研究所有一台与俄罗斯联合设计制造 的同步加速器用铁氧体加载变频调谐同轴谐振腔体，用于兰州重粒子加速器冷却储存环 (CSR)主环，对束流进行俘获，加速。该腔体由于结构简单，所能承受的最高平均高频功率 不超过2kW，而且只能工作在占空比小于1/2的扫频脉冲模式，工作频率范围0. 25腿z 1. 7MHz。 CSR主环腔体由俩个加有铁氧体磁环的腔体组成，每个腔体的内外导体之间填装 有34个内径350mm，外径540mm，厚度22mm的铁氧体磁环，环内径与内导体之间有平行于主 轴线的96根直径为4mm的铜线作为偏磁线圈的环内部分，线圈的每圈在各腔的中间部位内 外交叉；环内径与内导体间并灌封有硅橡胶用于绝缘，高频介质损耗较大；每隔两个磁环 夹一片厚度2的铜板作为散热用，散热效果较差；另外，腔体的调谐电容选用功率较小的陶 瓷电容。因此，腔体只能工作在平均功率较小的扫频脉冲模式。在占空比较大，腔体电压较 高时，或连续波工作情况下，铁氧体温度会过高，绝缘介质会发热，调谐电容会烧毁。
发明内容 本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种铁氧体加载变频调 谐腔，从而有效解决了现有技术中的问题。 本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案来实现所述的一种铁氧体加载变 频调谐腔，包括有同轴相对放置的左谐振腔(1)和右谐振腔(2)，其特点在于所述的右谐 振腔(2)的内导体(15)和外导体(16)之间填装有多片腔体加载的铁氧体磁环(6)，铁氧 体磁环(6)的内径与内导体(15)之间填有绝缘四氟介质(8)，绝缘四氟介质(8)中设有第 一偏磁线圈导体(9)，铁氧体磁环(6)的外部安装有第二偏磁线圈导体(IO)，右谐振腔(2) 的内导体(15)中间为真空室(3)，右谐振腔(2)的外部装有不锈钢外壳(23)，右谐振腔(2) 的侧部设有支撑不锈钢板(17)。 所述的铁氧体环(6)为20片，每两片铁氧体磁环(6)之间设有通水冷却盘(7)， 通水冷却盘(7)通过进出水管接头(21)与外部供水管相连，铁氧体磁环(6)和通水冷却盘 (7)通过谐振腔体底部的支撑体(20)安装在谐振腔体上。所述的真空室(3)和内导体(15) 通过连接片(19)相连，真空室(3)的外部设有加热带和保温层(22)。 所述的左谐振腔(1)和右谐振腔(2)结构相同，对称连接。所述的左谐振腔(1) 和右谐振腔(2)相连接处设有馈电连接导体(18)和偏磁线圈交叉连接处(ll)，左谐振腔 (1)和右谐振腔(2)中的真空室连接处设有绝缘陶瓷(4)和加速缝(5)，绝缘陶瓷(4)真空室连接处设有波纹管(12)，保护陶瓷金属封接部位不易损坏，加速缝(5)两边分别与左谐 振腔(1)和右谐振腔(2)的内导体开路端相连，加速缝(5)两边又与腔体谐振高压真空电 容器(14)相连，左谐振腔(1)和右谐振腔(2)中的真空室的两端安装有支撑装置(13)。 本实用新型的有益效果是所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，采用在内导体与
磁环之间填充的介质选用高频性能优良的聚四氟乙稀介质材料，并解决其成型加工；在铁 氧体环两侧，环与环之间设置散热水冷盘，并解决水冷盘的制作工艺；腔体调谐电容选用高
耐压，高功率陶瓷真空电容；偏磁线圈在两腔体的中间部位相交叉；腔体可以反复拆卸等 设计和结构，在0. 5MHz 2MHZ频率范围内，腔体不仅可以在扫频脉冲调制模式下工作，而 且还可以在电频连续波模式下工作，最高点压可以达到峰峰值17kV，满足了 CSR实验环高 频系统的的双模式工作要求。本腔体可以工作在扫频脉冲调制模式，及腔体电压高达17kV 的电频连续波工作模式。加载铁氧体能承受数十千瓦高频功率而温度不超过40度，能够满 足物理调束更高一步的要求。 本实用新型由中国科学院近代物理研究所设计并由近物所与陕西数字广播通讯 设备有限公司联合研制成我国第一台同步加速器用一种铁氧体加载变频调谐腔体，主要用 于CSR实验环对束流进行累积和减速。其能产生较高连续波高频电压的同步加速器腔体， 以满足CSR实验环的工作要求，CSR实验环要求高频腔体不仅要能工作在扫频脉冲模式 下，而且还要能工作在腔体电压较高的点频连续波模式下，这时腔体要能承受最大约60 70kW的高频功率，同时加载铁氧体的温度限制在40度以下。
图1为本实用新型的结构主视图； 图2为本实用新型的图1中的A-A剖面结构示意图； 图3为本实用新型的图1中的B-B剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述 见图1、2、3，所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，包括有同轴相对放置的左谐振腔 1和右谐振腔2，其特点在于所述的右谐振腔2的内导体15和外导体16之间填装有多片 腔体加载的铁氧体磁环6，铁氧体磁环6的内径与内导体15之间填有绝缘四氟介质8，绝缘 四氟介质8中设有第一偏磁线圈导体9，铁氧体磁环6的外部安装有第二偏磁线圈导体10， 右谐振腔2的内导体15中间为真空室3，右谐振腔2的外部装有不锈钢外壳23，右谐振腔 2的侧部设有支撑不锈钢板17。 所述的铁氧体环6为20片，每两片铁氧体磁环6之间设有通水冷却盘7，通水冷却 盘7通过进出水管接头21与外部供水管相连，铁氧体磁环6和通水冷却盘7通过谐振腔体 底部的支撑体20安装在谐振腔体上。所述的真空室3和内导体15通过连接片19相连，真 空室3的外部设有加热带和保温层22。 所述的左谐振腔1和右谐振腔2结构相同，对称连接。所述的左谐振腔1和右谐 振腔2相连接处设有馈电连接导体18和偏磁线圈交叉连接处ll，左谐振腔1和右谐振腔 2中的真空室连接处设有绝缘陶瓷4和加速缝5，绝缘陶瓷4真空室连接处设有波纹管12，保护陶瓷金属封接部位不易损坏，加速缝5两边分别与左谐振腔1和右谐振腔2的内导体 开路端相连，加速缝5两边又与腔体谐振高压真空电容器14相连，左谐振腔1和右谐振腔 2中的真空室的两端安装有支撑装置13。 所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其每个同轴谐振腔的内导体15和外导体16 之间填装有内径330mm，外径600mm，厚度25mm的专用铁氧体磁环6各20片，以此形成腔体 谐振电感。所有的铁氧体磁环与水冷盘在腔体底部有支撑体20支撑，以保证内导体不受 力。真空室3，即粒子束流管道置于同轴内导体中，在左，右两谐振腔腔体之间通过馈电连 接导体(18)加平衡高频功率，此电压就是粒子的加速电压。铁氧体的作用有二，一是縮短 腔体长度，二是直流偏磁电流来改变铁氧体的导磁率，从而改变腔体的谐振频率。为此，在 腔体内导体与磁环之间的介质中设置有偏流线圈导体9，线圈导体为宽40mm，厚度4mm的铜 板，线圈共六圈。对应0. 5MHz 2MHz工作频率，流过线圈的直流偏磁电流约为5 140A。 用铜板在两腔体的中间部位交叉，目的是使两个腔体在线圈上感应的高频电流相互抵消， 线圈上只有直流偏磁电流。 所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，腔体内的铁氧体和介质处于强高频电磁场 中，由于磁损和介质损耗，要吸收高频能量而发热，吸收能量的大小，即损耗的大小与介质 材料和铁氧体的性能相关。为了使腔体能够工作在高功率高电压下，本实用新型为了减少 介质损耗，铁氧体环与内导体之间的绝缘介质采用高频损耗小的聚四氟乙烯，并解决其填 充成型难题。在安装铁氧体环之前，用模具将四氟挤压成型在同轴内导体上，并同时将偏 磁线圈导体埋在四氟层中间，使四氟介质，铜导体条，同轴内导体成为紧密结合的一体并且 可以精密加工.这样，腔体就可以反复拆卸，方便维修和试验；为了将铁氧体产生的热量带 走，在每片铁氧体环的两侧及两相邻铁氧体环之间夹有内，外径与铁氧体环相同，一定厚度 的通水冷却盘，铁氧体产生的热量传导到水冷盘上，由盘中的水流带走；腔体调谐电容选用 高耐压，高功率真空陶瓷电容，并用风机冷却。
权利要求一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述的变频调谐腔包括有同轴相对放置的左谐振腔(1)和右谐振腔(2)，右谐振腔(2)的内导体(15)和外导体(16)之间填装有多片腔体加载的铁氧体磁环(6)，铁氧体磁环(6)的内径与内导体(15)之间填有绝缘四氟介质(8)，绝缘四氟介质(8)中设有第一偏磁线圈导体(9)，铁氧体磁环(6)的外部安装有第二偏磁线圈导体(10)，右谐振腔(2)的内导体(15)中间为真空室(3)。
2. 如权利要求1所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述右谐振腔(2) 的外部装有不锈钢外壳(23)，右谐振腔(2)的侧部设有支撑不锈钢板(17)。
3. 如权利要求l所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述的铁氧体环(6) 为20片，每两片铁氧体磁环(6)之间设有通水冷却盘(7)，通水冷却盘(7)通过进出水管接 头(21)与外部供水管相连，铁氧体磁环(6)和通水冷却盘(7)通过谐振腔体底部的支撑体 (20)安装在谐振腔体上。
4. 如权利要求l所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述的真空室(3) 和内导体(15)通过连接片(19)相连，真空室(3)的外部设有加热带和保温层(22)。
5. 如权利要求l所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述的左谐振腔(1) 和右谐振腔(2)结构相同，对称连接。
6. 如权利要求5所述的一种铁氧体加载变频调谐腔，其特征在于所述的左谐振腔(1) 和右谐振腔(2)相连接处设有馈电连接导体(18)和偏磁线圈交叉连接处(ll)，左谐振腔 (1)和右谐振腔(2)中的真空室连接处设有绝缘陶瓷(4)和加速缝(5)，绝缘陶瓷(4)真空 室连接处设有波纹管(12)，加速缝(5)两边分别与左谐振腔(1)和右谐振腔(2)的内导体 开路端相连，加速缝(5)两边又与腔体谐振高压真空电容器(14)相连，左谐振腔(1)和右 谐振腔(2)中的真空室的两端安装有支撑装置(13)。
专利摘要本实用新型主要涉及一种铁氧体加载变频调谐腔。包括有同轴相对放置的左谐振腔(1)和右谐振腔(2)，其特点在于所述的右谐振腔(2)的内导体(15)和外导体(16)之间填装有多片腔体加载的铁氧体磁环(6)，铁氧体磁环(6)的内径与内导体(15)之间填有绝缘四氟介质(8)，绝缘四氟介质(8)中设有第一偏磁线圈导体(9)，铁氧体磁环(6)的外部安装有第二偏磁线圈导体(10)，右谐振腔(2)的内导体(15)中间为真空室(3)，其采用在0.5MHz～2MHz频率范围内，腔体不仅可以在扫频脉冲调制模式下工作，而且还可以在电频连续波模式下工作，最高点压可以达到峰峰值17kV，满足了CSR实验环高频系统的的双模式工作要求。
文档编号H05H7/04GK201491365SQ20092016674
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者夏佳文, 王春晓, 许哲, 赵红卫, 边志彬 申请人:中国科学院近代物理研究所