中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究

束团长度是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。     

CSR ns级重离子束动力学研究

采用束团在纵向相空间快速旋转的非绝热压缩方法研究了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上获取高能ns量级短脉冲重离子束的可行性,利用K-V包络方程对能量为250MeV/u、初始纵向束团长度为200ns、初始动量分散为5×10-4的238U72+离子束团的非绝热压缩过程进行了束流动力学模拟,给出了在束团压缩过程中束流相关参数的变化。结果表明,在CSR上可取得最短为16ns长度的238U72+离子束团,可满足用于高能量密度物理研究的50ns束团长度的要求。     

加速器束团长度频谱法测量系统设计

主要介绍一种基于束流频谱的柬团长度测量系统的设计,它通过拾取条带上的束流频谱,分析得到束团频谱中的两个频率成分的幅度比,从而求出束团长度.整个系统结构类似数字位置探测器(DBPM),采用软件无线电的技术,利用高速高精度ADC直接中频带通采样,以省掉一部分模拟器件,减少模拟部分带来的误差.这种柬团长度测量系统最大的好处就是可以在线实时的测量束团长度,为加速器研究提供重要的参考.     

合肥光源谐波法束团长度测量系统研制

同步辐射光与束流信号具有相同的时间结构,测量同步辐射光并基于频域的信号处理方法可得到束团的长度。基于该原理,研制了采用谐波法测量束团长度的系统。该系统用高速光电接收器将同步光转换为电信号,然后采集该信号的四路频率分量,计算得到束团长度。阐述了该系统的软硬件设计,并应用该系统测量了束团长度随流强的变化规律,与条纹相机的测量结果相吻合。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型，揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制，给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模，得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布，对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs，满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟，阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因，并验证了理论结果的正确性。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

壁电流探测器在中国散裂中子源快循环同步加速器调束中的应用

快循环同步加速器(RCS)是中国散裂中子源(CSNS)的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80 MeV,剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6 GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器(WCM)感应得到束流的强度信息,环高频与环主二极磁铁的失配会导致束流的实际振荡偏离理论预测。本文通过对WCM的数据进行分析得到了纵向工作点、束流的实际振荡频率、束团的电荷量、束团的形状变化等信息,方便了加速器的调束,并对参数测量中的测量误差进行了分析。     

"预聚束器-斩波器"结构对慢正电子束流束团化的影响模拟

慢正电子湮没寿命谱测量是一种灵敏度高且可以无损探测材料微观缺陷的重要分析方法,束流束团化系统是实现该技术的核心部件,主要用来产生满足寿命测量时间分辨的束团并提供正电子产生的时间信号。本文选用Parmela程序,基于"预聚束器-斩波器"束团化系统,模拟计算了不同束流参数对150 ps(半高宽)束团化结果的影响并与"斩波器-预聚束器"束团化系统的计算结果做了对比,结果表明:提高束流能量、降低束流能散以及缩小束斑尺寸有利于提高束团化效率。数据显示:当束流能量≥500 eV、能散≤5 eV、束斑≤12 mm,"预聚束-斩波器"束团化系统的正电子利用率≥20%、聚束效率≥85%;且在相同束流参数下,"预聚束器-斩波器"束团化系统的正电子利用率要优于"斩波器-预聚束器"。     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

壁电流探测器在中国散裂中子源快循环同步加速器调束中的应用

快循环同步加速器（RCS）是中国散裂中子源（CSNS）的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80 MeV，剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6 GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器（WCM）感应得到束流的强度信息，环高频与环主二极磁铁的失配会导致束流的实际振荡偏离理论预测。本文通过对WCM的数据进行分析得到了纵向工作点、束流的实际振荡频率、束团的电荷量、束团的形状变化等信息，方便了加速器的调束，并对参数测量中的测量误差进行了分析。     

Using a pre-kicker to ensure safe extractions from the HEPS storage ring

The High Energy Photon Source(HEPS)is a 6 GeV diffraction-limited storage ring light source under construction.The swap-out injection is adopted with the depleted bunch recycled via high-energy accumulation in the booster.The extremely high beam energy density of the bunches with an ultra-low emittance(about 30 pm hori-zontally and 3 pm vertically)and high bunch charges(from 1.33 to 14.4 nC)extracted from the storage ring could cause hazardous damage to the extraction Lambertson magnet in case of extraction kicker failure.To this end,we proposed the use of a pre-kicker to spoil the bunches prior to extraction,significantly reducing the maximum beam energy density down to within a safe region while still maintaining highly efficient extractions.The main param-eters of the pre-kicker are simulated and discussed.     

兰州高能电子成像实验平台电子束团长度测量研究

为提高高能电子成像的时间和空间分辨率,实验需低能散、低发射度、短脉冲的高品质束流。本文利用相干渡越辐射能谱分析法测量基于热阴极微波电子枪的高能电子成像用直线加速器的电子束团长度。通过用迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射能谱,利用自相关曲线拟合法得到电子束团长度。实验结果表明,当束流宏脉冲峰值强度约为24 mA,即电荷量约为15 pC时,电子束团均方根长度约为0723 5 ps。另外,用Kramers Kronig(K K)相位分析法可重建一种可能的电子束团纵向分布。电子束团长度测量的研究可优化束流品质,对后续高能电子成像实验有重要的参考意义。     

Improving Touschek lifetime and synchrotron frequency spread by passive harmonic cavity in the storage ring of SSRF

Beam lifetime of a synchrotron is dominated by Touschek scattering.In the beamline Phase Ⅱ project of Shanghai synchrotron radiation facility,a passive third harmonic cavity is to be installed for bunch lengthening and instability suppressing.In this paper,the beam dynamics of the cavity is investigated.The parameters of passive operation are optimized to cancel the slope of RF voltage and lengthen the bunches.The Touschek lifetime increases are estimated for optimum and non-optimum voltage flattening.A tolerance of the operation is studied in case that there is a shift on detuning angle.The effect caused by reduction in harmonic voltage generated by lengthened bunch distribution is also estimated using iteration method.An increase in synchrotron frequency spread due to nonlinearity of the voltage giving to the bunch is found by using tracking simulation.This spread can help in damping coupled bunch instability through Landau damping.     

脉冲电流相位检测与反馈系统设计

大多数环型加速器引出束流方向受冲击磁铁的磁场控制,引出冲击磁铁脉冲电源输出的脉冲励磁电流抖动和漂移过大会降低束流引出效率,主要来源于触发系统、闸流管、环境温度变化等[1]。国内抑制引出脉冲电源输出电流相位偏移的相位检测及反馈系统尚属空白。针对中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)引出脉冲电源的需求,设计一种TDC芯片+FPGA结构的输出脉冲电流相位检测及反馈系统,通过研究TDC芯片和FPGA间的数据传输方式、基于FPGA的串口通信及反馈控制算法,实现电源输出电流相位ps级精度实时检测及偏移量反馈,反馈调整步长5 ns,为脉冲电流高精度相位检测与锁定提供了新方法。     

DG系列大功率工业辐照电子加速器

中国科学院近代物理研究所成功研制了DG系列中频变压器型工业电子加速器,其中DG-2.5型加速器能量范围1.0-2.5 MeV,最大束流功率90 kw,束流扫描有效宽度1000 mm,适用于各种辐照领域;DG-1.2型能量范围0.8-1.2 MeV,最大功率50 kw;这两种型号加速器均通过了长时间测试,工作稳定、故障率低,采用计算机自动控制,并可与束下传动系统连锁,完全达到了工业应用的标准.     

EicC束团缺失时的束束效应研究

EicC（the highly polarized electronion collider in China）是由中国科学院近代物理研究所提出的极化电子-离子对撞机装置。在电子-质子对撞模式中,EicC的电子环（eRing）内有256个电子束团,质子环（pRing）内有448个质子束团。由于两个环内的束团数不同,当束流中的束团出现缺失时,束团缺失带来的影响会通过束束相互作用传递给多个电子与质子束团,进而可能会使束流不稳定。为研究束团缺失对束流稳定性的影响,本文使用束束相互作用模拟程序AthenaGPU进行了自洽的模拟研究。模拟结果显示,缺失电子束团不会使束流出现相干不稳定,但缺失一定数目的质子束团时会引起偶极或四极不稳定,且使对撞亮度迅速衰减。调节名义工作点后可使束流避开共振区,不再出现偶极或四极不稳定。     

SDUV-FEL装置上利用电光频谱解码法测量束团长度实验设计与仿真

电子束团纵向长度是束流诊断中的重要参数,电光频谱解码法(Electro-Optical Spectral Decoding,EOSD)是为数不多的可进行单发测量的高时间分辨率测量方法。本文基于上海深紫外自由电子激光装置(Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser,SDUV-FEL)设计了一套电光频谱解码法测量束团长度实验方案。通过采用针尖粗同步和可调的光栅展宽器可实现长度在1-10 ps内变化的束团无损测量。通过对电光调制过程及其后探测的仿真研究表明,选用0.5 mm厚的Zn Te晶体在距离束流中心3-5 mm处测量时,时间分辨率最高可达180 fs(Root Mean Square,RMS),信号展宽在3%以内,测量的电场形状无可观测畸变,满足SDUV-FEL的实验需求。     

加速器驱动次临界核能系统高功率质子直线加速器概念研究(英文)

加速器驱动次临界核能系统(ADS)是下一代能源的首选方向。它能有效地利用铀和钍资源,嬗变长寿命高放射性废物和提高核安全水平。ADS加速器应能提供几十兆瓦质子束。超导直线加速器(SCL)效率高,束流损失少,是ADS加速器的最佳选择。作者介绍的ADD加速器由5 MV射频四极加速器,100 MV独立调相超导腔加速器和1 GV椭圆超导腔加速器组成。确定了加速结构和主要参数,考虑了研究和发展计划。