超导加速器
230MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制
·粒子束及加速器技术·230 MeV 超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制*李要乾， 李 明， 宋国芳， 冀鲁豫， 葛 涛， 贾先禄，吕银龙， 蔡红茹， 卢晓通， 张天爵（中国原子能科学研究院 回旋加速器研究设计中心， 北京 102413）摘 要： 在230 MeV 超导回旋加速器中，磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。
为满足束流对中和束流引出所需的磁场，设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。
机械执行机构采用美国Thomson 公司的精密直线执行器，其重复定位精度为±0.01 mm ，位置传感器采用德国Novotechnik 公司的直线位移电子尺，其重复精度为0.002 mm 。
此外，运动控制采用PLC 加直线位移传感器负反馈闭环的方案。
在实际工况下，系统定位精度达到0.05 mm ，重复精度达到±0.02 mm ，优于设计要求。
此外，对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试，结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004的要求。
该驱动系统的研制，克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点，对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。
关键词： 230 MeV 超导回旋加速器； 磁场调节棒； PLC ； 直线位移传感器； 电磁兼容 中图分类号： TL542.1 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202133.200285Development of Trim-rod driving system for CYCIAE-230superconducting cyclotronLi Yaoqian ， Li Ming ， Song Guofang ， Ji Luyu ， Ge Tao ， Jia Xianlu ，Lü Yinlong ， Cai Hongru ， Lu Xiaotong ， Zhang Tianjue（Research & Design Center for Cyclotron , China Institute of Atomic Energy , Beijing 102413, China ）Abstract ： The magnetie field adjustable rod (Trim-rod) and its driving system are the important auxiliary device for beam debugging in CYCIAE-230. To get the magnetic field playing a key role in maintaining the beam alignment and extraction, 16 sets of Trim-rods and driving systems were developed. First, the precise linear actuator from Thomson of The United States was used as the mechanical actuator, whose repeated positioning accuracy is ±0.01 mm. Second, the position sensor adopted the linear displacement electronic ruler from Novotechnik of Germany. The repeated positioning accuracy of the electronic ruler is 0.002 mm. In addition, a negative feedback control loop based on PLC module and linear displacement sensor was adopted in Trim-rods movement regulation. In fact, the positioning accuracy and repeatable precision of Trim-rod drive system were 0.05 mm and ±0.02 mm,respectively. Moreover, the system weat through the electrostatic discharge test, electrical fast transient/Brust test and surge immunity test, all met the requirement of YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004. It is proved that the developed Trim-rod driving system can get high positioning accuracy and repeatable precision in high-dose ionizing radiation,high-density magnetic field and narrow space. It is very significant for radial oscillation amplitude minimization,avoiding coherent oscillation and increasing high beam extraction efficiency.Key words ： 230 MeV superconducting cyclotron ； Trim-rod ； PLC ； linear-displacement sensor ； electro magnetic compatibility目前，中国原子能科学研究院正在研制我国具有自主知识产权的一台230 MeV 医用超导回旋加速器[1-2]，用于癌症治疗。
230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究
230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究殷治国;宫鹏飞;付晓亮;魏俊逸;赵振鲁;纪彬;张天爵【摘要】中国原子能科学研究院正在研发一台230 MeV医用超导回旋加速器,用于天津肿瘤医院的质子治疗项目.为满足加速器高频系统的腔体负载Dee电压稳定度、高频频率稳定度及加速电压幅度平衡度的要求,本文研制一套包含模拟数字混合型幅度环、数字型调谐环和数字型电压平衡环3个环路的低电平控制系统.该低电平系统通过串口与上位机进行通信,以实现本地调试;利用Profibus-DP通信协议,实现低电平系统和PLC组网的交互通信.在1个缩比例无氧铜实验腔体上完成了低电平系统低功率桌面实验与联合调试,验证了电压调平衡算法的有效性,并实现了低电平控制系统的一键启动,无需人工干预,满足了加速器高频系统对低电平控制系统的需求.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)009【总页数】6页(P1716-1721)【关键词】超导回旋加速器;高频低电平系统;电压平衡环;桌面试验【作者】殷治国;宫鹏飞;付晓亮;魏俊逸;赵振鲁;纪彬;张天爵【作者单位】中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413;中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心,北京 102413【正文语种】中文【中图分类】TL54质子治疗是回旋加速器的一个重要的应用方向，中国原子能科学研究院正在设计建造一台230 MeV医用超导回旋加速器，拟用于天津肿瘤医院。
另一台设计相近的250 MeV医用超导回旋加速器也在同步建造，用于武汉质子治疗中心的建设。
高能物理中的粒子加速器技术
高能物理中的粒子加速器技术粒子加速器是高能物理研究中不可或缺的重要工具。
它们被用于加速粒子以达到高能量、高速度，从而揭示物质的基本组成和宇宙的奥秘。
本文将介绍粒子加速器的基本原理、常见类型以及其在高能物理研究中的应用。
一、粒子加速器的基本原理粒子加速器的基本原理是利用电场或磁场对带电粒子进行加速。
其中最常见的两种类型是线性加速器和环形加速器。
1. 线性加速器线性加速器是一种直线结构的粒子加速器，利用电场或磁场沿直线轴向交替加速带电粒子。
粒子从一个加速模块传输到另一个加速模块，以逐渐增加其能量。
最常见的线性加速器是用于医学放射治疗的直线加速器，它可以加速电子或质子以产生高能射线用于肿瘤治疗。
2. 环形加速器环形加速器是一种通过不断改变磁场方向使粒子在环形轨道上加速的装置。
加速器环形轨道上设有一系列的磁铁，负责产生变化的磁场。
粒子在每个磁铁之间通过，并在每个过程中获得一定能量的增加。
环形加速器的典型代表是大型强子对撞机（LHC），其用于高能物理实验，以模拟宇宙大爆炸的条件，探索物质的基本性质。
二、常见类型的粒子加速器除了线性加速器和环形加速器，还有其他类型的粒子加速器常被应用于不同的实验或应用领域。
1. 微波加速器微波加速器利用电场微波波段的电磁波来加速带电粒子。
这种加速器主要用于加速电子或质子，并且成本较低，结构简单。
常见的微波加速器包括微波电子加速器和微波质子加速器，用于物理实验或医学治疗等领域。
2. 超导加速器超导加速器是利用超导材料产生高强磁场以加速粒子。
超导材料的特性使得磁场能够持续稳定地产生，从而实现高能高效的加速。
超导加速器通常用于大型高能物理实验，如LHC。
三、粒子加速器在高能物理研究中的应用粒子加速器在高能物理研究中扮演着不可替代的角色。
它们被用于产生高能量和高强度的粒子束，以模拟物质的基本性质和探索宇宙的起源。
1. 核物理研究粒子加速器在核物理研究中被广泛应用。
例如，它们可以用于合成重离子，模拟宇宙中的极端条件，并研究原子核的结构和性质。
超导加速器CW模式的高阶模初步分析
!第!"卷!第#期强激光与粒子束$%&’!"!(%’#!!)**+年#月,-.,/0123456235(7/538-942:25;6;<=’!)**+!文章编号!!!**!>?#))")**+#*#>*?@@>*#超导加速器!"模式的高阶模初步分析"鲁向阳!!!金!晓)!!向!蓉!!!吴文忠!!!林!林!!!赵!夔!"!#北京大学重离子物理研究所!北京!**A "!$)#中国工程物理研究院应用电子学研究所!四川绵阳@)!B **#!!摘!要!!超导加速器由于具有极高的!值!因此表现出较强的腔束相互作用!尤其是在以91模式运行下!严重时会产生束流崩溃"::C #效应%德国82645式的B >D E &&超导串腔在束流负载为!F 5!束团重复频率为A !G )+;,H 情况下!对其高阶模的产生及相应的功率水平进行了分析%结果表明&对于该腔的主要高阶模!谐振偏差值在!’?以上!束流没有发生谐振!高阶模功率在F1量级%!!关键词!!超导腔$!高阶模$!91模式!!中图分类号!!"4+*!!!!!文献标识码!!5!!超导加速腔有着比常温腔高得多的分路阻抗!因而可以得到很高的加速场强!但是也使得束流容易在谐振腔激励出较为明显的电场%由于束团脉冲的持续时间非常短!因此它激励出的场具有很宽的频谱范围!除了可以激励出腔的基模场以外!还可以激励出腔的若干高阶模场%这些高阶模场不利于束流的传输稳定性并且消耗射频功率%由于超导腔的损耗极低!因此!束团脉冲在腔中激励的电场衰减较慢!后续束团激励的振荡会与前面的振荡叠加!如果束团的重复频率选择不当!某些振荡会得到增强%束团在腔中激励出的基模电场与外部功率源激励出来的电场的相互作用情况!我们已经进行了简单讨论(!)!下面主要讨论脉冲束流在腔中激励的高阶模的情况%$!高阶模产生的物理过程!!对于时间上为高斯分布的单一束团!其在腔中激励出的电压为"I #)$%&J E K L "’!)%")H )()#"!#式中&&J 为束团的电荷量$"H ’(#"M 为束团的脉冲宽度$!%为腔的第%个本征模的谐振频率!%N !!)*$$%为某高阶模的损耗因子%该电压以时间常数)O N )!4’!%衰减%!!于是第一个束团激励的电压为"!#"I E K L "P !%*#E K L "’*’)O #")#!!第二个束团激励的电压与第一个束团的电压叠加!得到"+)#"I (!,E K L "P !%*#E K L "’)J ’)O #)"##!!从而可以得到束团脉冲串激励的总电压为#"J #"I!’E K L "’)J ’)O #E K L"P )J #!#"?<#式中&!%#!,#!为腔的第%个本征模的谐振频率!!N )!-’)J !-为整数())$)J 为束团的重复周期%!!根据Q R S O <F E S M <&M T E %=E F%Q J E <F&%<O P S U (#)!束流在腔内激励出的电压!只有一半作用在束流自身!因此!我们需要在式"?<#中减去"I ’)!于是得到#"+J #"I !’E K L "’)J ’)O #E K L"P )J #!#’"I)"?J#为方便起见!式"?J#可以改写为#"+J #"I ".=,P .P #"+#式中&.=和.P 分别为其实部和虚部!而且有"收稿日期!)**?>*+>*B $!!修订日期!)**?>!*>!?基金项目!国家自然科学基金>+(65V ,联合基金资助课题"!*)"@**!#作者简介!鲁向阳"!B @#-#!男!副教授!研究方向为加速器物理与技术$2>F <P &&K W&R $L X R ’E O R ’D S %!!""##$%!#&$’"$(#&$"#&#$%!#$’"$(#)*+!!!$’#%#$%!#&$’"$(#%!,"#$%!#$’"$(#+,-!!!$’#"#&#$%!#$’"$(#)*+!!!$’#%#$%!#&$’"$(!"##%!.#$$束流由于激励起高阶模&损耗了自身的能量&能量损耗为&’"’/0#!%()’#"’/!*+1&,/-.-!!"’&/$’!*&+1,/!!"’&/+1!"%"#$’$(!!!2#式中’’/3&.&"$’为束流的平均电流(+1为分路阻抗("为耦合系数)因为谐振腔中各模式场具有正交性&束团激发各阶谐振模式的损耗叠加&就可求得粒子的总损耗&4*415"’/*&’&*&$(4*415"’/*(’&*!6#!$束团重复频率为"#$!%&’(时的高阶模功率估计7,89"$0#514,*-’#4:##-;,8;*!(#!<*(#1-(,#$4:;#-4;#’=-);!#%#4,4,*-!14#,+6"9&>?@A ,-B C D E FG H )#55)1I ,4J 图"$当束团重复频率为6"9&>?@A 时&B C D E FG H )#55腔中高阶模椭,#$4的变化$$对于$’($(!例如&K L M H D N F 7的束团重复频率6"9&>?@A &即$’)"&-+&B C D E F !B #O 超导直线加速器&德国#的G H )#55超导腔工作时的$()>//"+#&则!!可以忽略不计)高阶模的电压主要取决于!!的大小&图"为当束团重复频率为6"9&>?@A 时&G H )#55腔中几个主要高阶模$.%的!!随,#$4!腔的外部,值#变化的计算结果)$$事实上&由于$’($(&所以!!*$’"$()"",#$4)这与@9E #-8#5#!等人的研究结果是一致的$>%)$$当取工作时的,#$4为>P "/.&对于"<F 的平均束流负载&计算结果表明&!!&*+"/Q R &&’&*均小于"/Q R S &所有高阶模功率的总和在<S 数量级))$高阶模与束流脉冲时间结构的关系$$&’大小决定于$’"$(及!!$’)$’"$(反映束流频率和激发场衰减常数之间的关系(在!!的表达式中!!$’反映谐振模的本征频率与束流频率的谐振偏移的大小)当#3/时&!!会有一极大值&这时激发场谐振频率是束流的频谱的整数倍&将发生谐振)虽然$’"$(越大&前一束团引起的感应电压对后续束团影响越小&但在#3/&&0#!0为整数#时&!!的值也会增大&这是在实验中需要尽量避免的)在文献$&%中&对康奈尔大学存储环的>//?@A 超导腔进行束流分析的结果表明&如果发生谐振!#3/#&高阶模的功率可达?S 量级&而在非谐振的情况下!#3##&则&’仅为G<S $&%)因此对于特定的有害模式&要尽量避免束流与有害模发生共振)$$我们以束团重复频率为6"9&>?@A &对B C D E F 式G H )#55腔的主要高阶模频率$.%进行计算&结果多数#与谐振点的差值在#"R 以上!见表"#&没有出现谐振)由此认为&这样的束流时间结构是合理的)表#$"#$!%&’(束团重复率下!*+,-.式/01233腔中部分高阶模的!4值*5632#$753183592:!4;<4*+,-./0123315=>9?@A B >C B<4:24D <:2E B 2F68F 1B 42G29>9><F 4592>A "#$!%&’(1@T ?"U @A "9.>/."9.G G""92&>&"92>R>"926V""96V R&"962V"&9>.V/&9>2/R #"!W #&//9&V ">>9V R ">69.R &/.9R G &R R 9>G &V >96G >29V .V //9>R R V 9>>!!""/Q >/96>G69/>/"9V R //9.>>&/9G ///9.V R&"9R ///9."&/92&RH $结$论$$本文根据德国BC D E F 超导腔的研究数据&对北京大学超导加速器在N S 模式运行时&拟采用的束流参数!平均流强*脉冲重复频率#可能会产生的高阶模功率进行了研究&同时对该束流的时间结构的影响进行了估计)研究结果表明&在北京大学超导加速器的运行条件下&高阶模功率在<S 量级)这说明我们设计的束流2.R 第V 期鲁向阳等’超导加速器N S 模式的高阶模初步分析参数是合理的!可以为高阶模的消除提供参考"参考文献!#"$$鲁向阳!赵夔!向蓉!等9连续波模式下超导加速腔束流负载分析研究#X $9原子能科学技术!&//V !)I %>&’V 6>(V 669%E =Y Z ![;1*L !Y ,1-80!#41590#+#1!);*-4;#’#1<5*1(,-8,-4;#N S+=%#!)*-(=)4,-81))#5#!14*!92345678*9:;<=769*79>*?$970*4@4;<!&//V !)I %>&’V 6>(V 66&#&$$K 1(1<+##@!L -*’5*);X !@1J +B907+=%#!)*-(=)4,I ,4J \*!1))#5#!14*!+#?$9]#:Z *!^’X *;-S ,5#J _D *-+!"G G 69V V >9#V $$S ,5+*-K‘9K ;J +,)+*\;,8;#-#!8J%1!4,)5#1))#5#!14*!+#?$9]#:Z *!^’F <#!,)1-a -+4,4=4#*\K ;J+,)+!"G 6&9#R $$S #,-81!4#-S907#-8,-##!,-8\*!%1!4,)5#1))#5#!14*!+%O *5a a &#?$9U #-#I 1’N C 0]F ))#5#!14*!D );**5!"G G &9V "6(V R R 9#>$$E #-8#5#!@9D =%#!)*-(=)4,I ,4J ,-%1!4,)5#1))#5#!14*!+#?$9U #-#I 1’N C 0]F ))#5#!14*!D );**5!"G 6G 9#.$$‘!,-^<1--0!75*#44<1--L !0*++’1);X !#4159B C D E F4#);-,)51(#+,-8!#%!4#0$9@1<’=!8’b C D Z !&//"9#2$$D 1,4*L !a -*=#@!L 1^*C !#4159D =%#!,*!,4J *\#5#)4!*%*5,+;,-8*I #!);#<,)15%*5,+;,-8*-;,8;8!1(,#-4+#F $9K !*)##(,-8+*\4;#64;S *!^H +;*%*-07+=%#!)*-(=)4,I ,4J#N $9F ’1-*B #!<#’a ]7]!"G G 292>G (6"V 9J 4>D 54?A 98:?<;B >C B<4:24D <:2;<4A 8G 241<F :819>F C511232459<48F :247K<G2459><F E M Y ,1-8H J 1-8"!$X a ]Y ,1*&!$Y a F ]U 0*-8"!$SM S #-H A ;*-8"!$E a ]E ,-"!$[@F T L =,"%"A ’*B 363C 3941D 9>E <’4*&0<B 67B !&9F 6*;G *6E 9:B 63<!H 96I 6*;"//62"!J 06*>)&A ’*B 363C 39412K K @69?8@973:4*67B !J 28&!&A L A H 4M G "G N "/"R !O 6>*<>*;.&"G //!J 06*>&$$.6A 94519’$B ;#+=%#!)*-(=)4,-81))#5#!14*!;1+;,8;c =15,4J \1)4*!!+*4;#(#)1J 4,<#*\4;#\,#5(#<,44#(’J ’#1<,+<=);5*-8#!4;1-4;14,--*!<15)*-(=)4,-8)1I ,4J 9B ;,+!#+=54+,-4;#+4!*-8,-4#!1)4,*-’#4:##-4;#D N)1I ,4J 1-(4;#’#1<4;!*=8;,49B ;#;,8;*!(#!<*(#\,#5(#$),4#(’J +;*!4’=-);#+)*=5(#\\#)44;#’#1<1-()1=+#’#1<’!#1^=%9a -4;,+%1%#!!4;#4*415;,8;*!(#!<*(#%*:#!*\B C D E FG H )#55)1I ,4J :,4;4;#’#1<5*1(*\"<F :1+#+4,<14#(9B ;#!#+=54+;*:+4;144;#%;1+#+;,\4+*\;,8;*I (#!<*(#!!#\#!,-84*<1d *!#,8#-\!#c =#-),#+*\4;#)1I ,4J !1!#<*!#4;1-#*R 9B ;#!#:*=5(’#-*!#+*-1-4’=,5(=%9B ;#4*415;,8;*!(#!<*(=5#%*:#!,+,-<S5#I #59$$L 2?E<4:A ’$D =%#!)*-(=)4,-8)1I ,4J )$@,8;*!(#!<*(#)$N S *%#!14,*-6.R 强激光与粒子束第"2卷。
超导回旋加速器
验 中，研究人员发现 ，在可见光照射不到
半 小 时 的情 况下 ，亚 甲基蓝 的含量 已经 减
２ ０ １ ６ 年第 １ 期 （ 总第 １ ４ ０期 ）
的可重复利用性 ， 这对降低污染物治理成
本 至关重 要 。
少了 ８ ０ ％， 而且重复性实验验证了 Ｍ Ｏ Ｆ 一 １
该成果 已在线发表于最新一期的 《 德 国应用化学 》上。
一
种 全新杂化聚合物 问世
室中，有些包含传统的刚性 聚合物 ， 另一
美 国西 北 大学研 究 人员 开 发 出一种 全
新的杂化聚合物 ，未来或可用于制造人工 能力 的材料 ，也可用于输送药物 、生物分 子或其他化学 品。 相关论文发表在 《 科学 》
杂志 上 。
些则包含一种能对刺激快速响应 、在新环 聚合物从纳米尺度 的结构获得能量和 功能 。斯图普第一个杂化聚合物的共价键 骨架就像个 日本武士用 的飞镖 ，盘旋的双
２ ０ １ ６ 年第 １ 期 （ 总第 １ ４ ０期 ）
面有明显优势 。我 国 目 前拥有两 台医用质 子治疗加速器 ，由于整套设备全部为国外 引进 ，设备购置 、运行维护 、备品备件和 技术支持成本十分昂贵。 “ 降低费用的关键是要实现核心技术
的 自主研 发 。”张 天 爵说 ，此 前 ，原 子 能
物 ，也可在 药 物用尽 后继 续装 填新药 。 为 了更好 地 理解 杂化 聚合 物 ，斯 图普
而成 的聚合物 ，即所谓 的超分子聚合物 。
它们结合能提供了两个截然不 同的区室 ， 化学家和材料科学家可以用其生成功能材
料 ，比如能像肌肉一样收缩或扩张的聚合
物材 料 。
的研究团队与化学理论家乔治 ・ ｃ・ 沙茨合
超导技术在粒子加速器中的应用及性能评估
超导技术在粒子加速器中的应用及性能评估引言：粒子加速器是现代科学研究中不可或缺的工具，它们被广泛应用于物理学、化学、生物学等领域。
然而，传统的粒子加速器存在一些限制，如能耗高、尺寸庞大等。
为了克服这些问题，超导技术被引入到粒子加速器中，取得了显著的进展。
本文将探讨超导技术在粒子加速器中的应用，并对其性能进行评估。
一、超导技术在粒子加速器中的应用1. 超导磁铁超导磁铁是粒子加速器中最重要的组件之一。
传统的磁铁由铁芯和线圈组成，而超导磁铁则使用超导材料制成的线圈。
超导材料在低温下具有零电阻和极高的电流密度，因此能够产生极强的磁场。
超导磁铁的应用使得粒子加速器的磁场更加强大和稳定，从而使得粒子的加速效果更好。
此外，超导磁铁还可以减小加速器的尺寸，提高加速器的效率。
目前，超导磁铁已经广泛应用于大型粒子加速器项目，如欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。
2. 超导射频谐振腔射频谐振腔是粒子加速器中用于给粒子提供电场能量的装置。
传统的射频谐振腔由金属制成，而超导射频谐振腔则使用超导材料制成。
超导射频谐振腔具有极低的损耗和高的加速效率。
超导射频谐振腔的应用使得粒子加速器的能耗大大降低，同时提高了加速器的稳定性和粒子束质量。
目前，超导射频谐振腔已经在一些大型粒子加速器项目中得到应用，如美国能源部的超导超高频加速器（SNS）。
3. 超导电缆和连接器超导电缆和连接器是粒子加速器中用于输送电流和连接各个组件的关键部件。
传统的电缆和连接器由铜制成，而超导电缆和连接器则使用超导材料制成。
超导材料具有零电阻和高的电流密度，因此能够输送更大的电流。
超导电缆和连接器的应用使得粒子加速器的能耗进一步降低，同时提高了加速器的稳定性和可靠性。
目前，超导电缆和连接器已经在一些大型粒子加速器项目中得到应用，如日本的超级KEKB加速器。
二、超导技术在粒子加速器中的性能评估超导技术在粒子加速器中的应用带来了许多优势，但也面临一些挑战。
超导体的应用与前景
超导体的应用与前景超导体是一种物质，在特定的温度和压力条件下可以以零电阻的形式传输电流。
超导体在电力输送、磁共振成像、磁浮列车、加速器、量子计算和量子通信等方面具有广泛的应用。
本文将讨论一些最新的应用和前景。
一、电力输送电力输送是一个非常重要的领域，超导技术可以使输电线路变得更加高效和节约能源。
超导电缆可以因为采用超导技术而减少能量损失。
使用超导电缆可以使电力传输的效率提高到90%以上。
超导电缆的成本高昂，但由于其减少了能量损失，长期使用来看，它将更经济。
二、磁共振成像磁共振成像是一种非侵入性诊断技术，它可以在不使用放射性物质的情况下获得人体内部状况的完整图像。
磁共振成像需要使用强磁场，超导干线是磁共振仪的重要部分。
超导干线可以使磁共振成像更加精确和高效。
目前，磁共振成像技术的应用广泛，从医学到工业，各种领域都有其应用。
三、磁浮列车磁浮列车是一种基于磁悬浮技术，它可以使列车脱离轨道，悬浮在磁场上。
这种技术可以使列车运行更快、更平滑、更安静。
超导材料可以用作磁浮列车的磁体，可以使得磁浮列车更节能、更高效，减少能量损失和噪音污染。
磁浮列车未来将更加普及，并且有可能成为未来的主要城市交通方式。
四、加速器加速器是一个可以加速粒子的设备。
它可以使用很高的电场或磁场将粒子加速到很高的速度。
超导材料可以作为加速器磁体的重要部分。
超导加速器比传统加速器更节能、更高效，可以大大提高运行效率。
五、量子计算和量子通信量子计算和量子通信是未来通信和计算的重要技术。
量子计算机可以通过使用量子位，实现比传统计算机更快的运算速度。
量子通信是一种用于加密的技术，可以使得信息的传输更加安全。
超导量子比特可以用来作为量子计算机的基本单位，同时超导量子所提供的优异性能可以为量子通信提供良好的量子态的噪音约束。
结论：超导技术涉及到多个领域，而且还有很多新的应用和前景待发掘。
虽然超导技术的应用已经非常广泛，但由于超导体的制造成本较高、超导体的稳定性、机械强度等方面的问题还需进一步解决。
超导技术在加速器中的应用
超导技术在加速器中的应用引言加速器是一种用来加速带电粒子的装置，广泛应用于物理研究、医学诊断和治疗、材料科学等领域。
随着科学技术的不断发展，超导技术在加速器中的应用也变得越来越重要。
超导技术以其低能耗、高效率和强大的磁场特性，为加速器的发展带来了巨大的潜力。
本文将探讨超导技术在加速器中的应用，并对其未来发展进行展望。
超导技术的基本原理超导技术是一种在极低温下材料电阻消失的现象，被广泛应用于加速器中的磁体制造。
超导磁体利用超导材料的特性，在极低温下产生强大的磁场。
这种磁场可以用来加速带电粒子，使其达到更高的能量。
超导技术的基本原理是超导材料在低温下能够形成一个零电阻的电流环路，从而产生强大的磁场。
这种磁场可以用来控制带电粒子的运动轨迹，从而实现加速的目的。
1. 磁体制造超导技术在加速器中的最主要应用是磁体制造。
磁体是加速器中产生强大磁场的关键部件，用来控制带电粒子的运动轨迹。
传统的磁体使用铜线制造，但由于铜的电阻较大，需要消耗大量的电能。
而采用超导技术制造的磁体，可以在极低温下形成零电阻环路，大大减少能量损耗。
此外，超导磁体还可以产生更强的磁场，从而使加速器能够达到更高的能量。
2. 粒子加速超导技术在粒子加速方面也有重要应用。
传统的加速器使用射频场来加速带电粒子，但这种方法存在能量损耗较大的问题。
而采用超导技术制造的加速器，可以利用超导磁体产生强大的磁场，通过改变磁场的强度和方向来控制带电粒子的运动轨迹。
这种方法不仅能够减少能量损耗，还可以实现更高的加速效果。
3. 粒子储存除了用于粒子加速，超导技术还可以应用于粒子储存。
在一些大型加速器中，为了进行更复杂的实验，需要将带电粒子储存一段时间。
而超导技术可以制造出稳定的磁场，用来控制带电粒子的运动轨迹，从而实现粒子的储存。
这种方法不仅可以提高实验的效率，还可以减少能量损耗。
超导技术的未来发展随着科学技术的不断进步，超导技术在加速器中的应用也将不断发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
加速腔的加速梯度为:
超导加速腔
其他 优势
1
超导腔壁损耗极小，腔形易优化，超导 腔束孔大，减弱了束腔相互作用。
2
超导腔壁损耗极小，可以降低峰值源自强，从而减小热不稳定性和场致发射。
3
超导腔高的加速梯度能减少腔的数目， 缩短了加速器的长度。
Spoke腔
CH腔
2/λ 腔
分离环腔
超导体回 旋加速器
超导加速器
1
基本原理
2
优点
3
世界发展与现状
简介
指用超导性的加速腔或超导性的主磁体建成的加速器。利用超 导加速腔可以在很小的微波功率下产生很强的加速电场；利用超导 磁体则可以在很小的激磁功率下产生强大的约束磁场,二者都可大大
缩减加速器的尺寸,降低加速器的功率消耗，使超导加速器在经济上
和技术上具有巨大的优越性。
超导技术应用于加速器始于1965年，80年代初超导腔形的改变使得加速梯度 的提高得以突破，80年代中期克服了超导腔的热不稳定性，使超导加速器大规模
应用成为可能。80年代末解决了超导腔的表面处理工艺，超导腔的加速梯度得到
大幅度的提高。近20年来，超导腔以其优异的性能，为加速器技术的发展带来了 新的活力。全世界用于电子加速器的超导腔总长度已超过了1km，加速电压超过 5GV。 目前限制超导腔梯度进一步提高的主要因素是超导材料的临界磁场，运行过程 中超导腔表面局部磁场增强，超过临界磁场后使得这部分腔体变成正常态，使得损 耗加大。
重离子物理研究所所长，刘克新
中科院近代物理研究所超导直线 加速器小组研制的我国首台半波长谐 振型纯铌超导腔。技术指标达到了国 际同类超导腔的先进水平。
三维结构图及垂测前装配
• Thanks!
中国研究发展
北京大学 北京大学射频超导实验室自
1988年开始超导加速腔的研制与实
验，1994研制的第一个国产超导铌 腔，2009年，研制成功了国内的第
北京大学射频超导实验室
一支9单元射频超导加速腔，代表了
国际领先水平，目前，国际上能够制 造射频超导腔的国家只有美国、日本、 德国和中国。同时推进了超导腔的国 产化的发展。
超导体的高频电磁特性
• 超导体在微波频率下所具
有的超导电性。在高频下，
当光量子的能量大于超导体 的能隙2Δ时，由于超导体吸 收电磁波能量，库柏对被拆 散成单个电子，超导态转变
这时高频电磁损耗的剩余表 面电阻Rs，取决于温度、频率、 穿透深度、电子费米速度、相干 长度、电子平均自由程和超导能 隙。
成正常态，这时的高频频率
超导回旋加速器采用超导体作主磁铁的
激磁绕组，这样的绕组不但功率消耗小，而
且产生的磁场可高达5T，比普通的回旋加速 器上的磁场高出3倍,这就使超导回旋加速器 的尺寸减为常温型的三分之一。据此，超导 回旋加速器的投资为能量相应的常温型等时 性回旋加速器的二分之一，分离扇回旋加速 器的三分之一左右。
世界发展与现状