强激光与粒子束

作者：常仁超, 尉伟, 赵峰, 朱潇潇, 张浩,

关键词：自由电子激光, 高重频, 差分段, 真空联锁保护, 有限元分析,

深圳中能高重频自由电子激光装置（S3FEL）是一台规划中的软X射线自由电子激光（FEL）装置，基于TESLA（TeV Energy Superconducting Linear Accelerator）型超导射频腔的直线加速器用于获得高重频高梯度的加速场，超导射频腔所在的低温超导模组是S3FEL装置中最具挑战的核心设备。超高真空差分段位于低温超导模组束流管出口，用于实现电子束运行管道在低温模组段与常温段的过渡，同时差分段上要求具有真空联锁保护，用于在突发情况下对低温模组内超导射频腔的保护。传统的快速关闭阀保护计算中仅按照气体分子速率进行计算，本文通过根据流态判据，划分快阀传感器至模组出口区域并开展有限元法和蒙特卡罗法计算，实现快速保护过程的瞬态分析。快阀传感器—快阀段真空室内瞬态压强分布计算结果表明，快阀传感器设置在距离快阀8～10 m位置可提供足够的缓冲反应时间，使快阀有足够时间做出动作响应；差分段瞬态压强分布计算中，当发生等效泄漏尺寸为0.5 mm的突发泄漏时，当低温测门阀完全关闭时，此处的压强最高达到10−5 Pa，仍能维持较好的高真空环境并满足离子泵的工作要求。此工作为S3FEL的差分段设计提供重要理论依据。

来源：2025年第12期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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