Radio frequency energy recovery for particle accelerators

Abstract

Parçacık hızlandırıcılarının çalışması sırasında RF kovuklarına ulaşan enerjininbüyük bir kısmı yük dirençlerinde ısıya dönüştürülerek sistemden uzaklaştırılmaktadır.CERN' de bulunan SPS hızlandırıcısı bir örnek olarak incelendiğınde RF kaviteyeulaşan enerjinin yüzde 76' sının ısıya dönüstüğü görülebilir.CERN'de boşa harcanan bu enerjinin geri kazanılabilirliğiini araştırmak için CERN-BE-RF-BR gurubu altında RF Enerji Geri Kazanımı prjojesi başlatılmıştır. Bu tezproje gurubunun 2010 da yaptıgı çalışmaları özetlemektedir.Boşa harcanan bu enerjiyi geri kazanmak için olası çözümler açıklanmış ve yapılabilirliği incelenmiştir. RF enerjisini doğru akıma dönüştürüp kullanma fikri benimsenmiştir. Sistem genel olarak açıklanmış ve RF doğru akım dönüşümü için olasıyöntemler incelenmiştir. RF doğru akım dönüşümü için yarıiletken diyotlar kullananrezonans doğrultucu devresi uygun görülmüştür. Farklı devreler için PSpice programıile simülasyonlar yapılmıştır. Amaca yönelik en uygun devre seçilmiş ve prototipiüretilmştir. 400W' a kadar değişik güç değerleri için ölçümler yapılmış ve RF doğruakım dönüşümü için yüzde 88' e varan verim elde edilmiştir.

During the operation of particle accelerators considerable amount of power comingto RF cavities is converted to heat in load resistors placed after RF cavities. Whenthe CERN?s Super Proton Synchrotron is analyzed as an example, it can be seen that76 per cent of the power delivered to an RF cavity is dissipated in loads.Under CERN-BE-RF-BR group, RF Energy Recovery Project had been startedto study the feasibility of recovering this wasted power. This thesis mainly focuses onthe work done during the feasibility studies in 2010.Possible methods for recovering this wasted power was explained and feasibilitywas discussed. The method which is converting this excess RF power into DC powerand utilizing was adopted. Overall recovery system and possible ways of converting RFpower to DC power were discussed. For RF/DC conversion, resonant rectifiers whichemploy semiconductor diodes were chosen. Simulations were performed for differentresonant rectifier architectures with PSpice. Most suitable circuit was chosen andprototype of this circuit was constructed. Measurements were performed for differentinput power levels, up to 400W, and RF to DC conversion efficiency reaching up to 88per cent was reached.