电荷束团非均匀密度分布引起的发射度增长

直线加速器中电荷束团的非线性效应是导致束流发射度增长的一个重要原因。文中给出了直线加速器中几种常见的非均匀密度分布的有限长空间电荷束团所具有的非线性自场能，即纵向非均匀电荷密度分布分别为水袋型，抛物线型，而横向密度分布为均匀型，水袋型，抛物线型及高期型等各种组合非均匀密度分布的自场能公式，并得到了由束团非线性的均匀电荷密度分布引起的束流发射度增长。     

直线加速器中电荷束团非均匀密度分布引起的发射度增长(英文)

束流发射度的明显增长与束团中电荷密度分布的均匀化密切相关,是空间电荷自场能转换成粒子横向动能的结果。作者推得了在直线加速器屏蔽筒中的几种常见的非均匀密度分布的有限长空间电荷束团的非线性自场能,并给出了它们与均匀分布束团之间的剩余场能以及由此引起的直线加速器中非均匀密度分布的电荷束团发射度增长的数值计算结果图表。     

串列加速器束流的纵向输运特性分析

本文论述了串列加速器纵向束流光学的分析方法,利用极值方法解决了束团纵向传输中的聚束器的非线性效应,利用此方法可获得束流纵向特性的各有关参数。并对HI-13串列加速器的重粒子脉冲性质进行了分析。     

束流尾场效应对消色差系统的影响

在双粒子模型假定下讨论了短程束流尾场效应。该效应在脉冲积分近似下,等价于在消色差系统中央平面上对束团施加一个附加的纵向和横向动量增量。通过传输矩阵变换运算.推得了包括束流尾场引起的束流纵向和横向位移在内的束流纵向和横向传输表达式,藉以考察束流尾场效应对消色差系统的影响。     

基于FPGA的电子直线加速器低电平系统前馈功能的实现

用于驱动光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase1,TDSN1)的15 Me V直线加速器,由于腔体中瞬态束流负载效应的存在使得束团在经过腔体后头部的能量过高,会导致束流能散变大,降低了束流的传输效率。"数字前馈补偿"方法在原有的数字低电平控制系统的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中加入前馈模块,通过直接削弱输入腔体的射频场的头部场强来达到降低束团头部能量的目的。实际数据表明,低电平系统前馈功能工作稳定,束流能散降低,束流的传输效率显著变高,克服了传统束流补偿法不能在大束团、高流强模式下工作的缺陷。     

纵向非均匀密度分布束团的空间电荷效应

采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型，推导得出了电荷束团的纵向密度分布为水袋型和抛物线型与横向密度分布为均匀（Ｋ－Ｖ）型，水袋型、抛物线型及高斯型等各种组合非均匀密度分布的空间电荷场分布，藉以考察束团的非线性空间电荷效应。     

基于示波器嵌入式IOC技术的逐束团位置监测系统研制

为研究尾场引起的束团不稳定性,本工作开发了基于高速宽带示波器嵌入式IOC的逐束团位置测量系统。该系统通过直接获取加速器储存环中钮扣型电极的原始束流信号,进行在线计算独立的水平和垂直方向的逐束团位置。介绍了此系统的需求分析、硬件结构以及嵌入式IOC软件结构。利用在上海光源储存环上获取的逐束团位置数据,对系统性能进行了评估。实验显示,不同束团感应到的工作点及横向振荡振幅与束团编号间的依赖关系,结果证明该系统是一个有效的机器研究工具。     

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。     

FEL中的束流发射度分析

根据自由电子激光器(FEL)对电子束流品质的要求,对束流发射度以及引起束流发射度变化的因素,诸如加速过程中微波场的突变、能量增加、波导结构的尾场效应和传输过程中的空间电荷效应、粒子密度分布的影响及偏转系统中的尾场效应等等,进行了物理上的分析,对其中某些情况,给出了束流发射度变化量的具体估算。     

高斯型纵向密度分布束团的非线性空间电荷效应

文章叙述了采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型，推导得到了束团中的纵向电荷密度分布为高斯型，而横向电荷密度分布为Ｋ－Ｖ型、水袋型、抛物线型以及高斯型等各种组合的非均匀分布束团的空间电荷场公式。藉以考察高斯型纵向密度分布束团的非线性空间电荷效应。     

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。     

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。     

CCD型束流截面探测器

CCD型束流截面探测器的主要特点是使用电荷耦合器件做传感器,用束流同步光中的可见光成份做为信号源。该探测器同时具有模拟量和数字量两种输出,工作周期短,速度高,不影响束团粒子寿命,在电子储存环物理运行中,是一种有效的探测设备。     

电子能量损失谱仪用中高能电子枪的研制

研制了一台电子能量损失谱仪用的中高能电子枪。其产生的电子与原子、分子发生碰撞,通过谱仪收集、分析散射电子的动量和能量,可以获得靶的电子结构和碰撞动力学信息。该电子枪结构简单,由热阴极、栅极、阳极、聚焦极和偏转板组成;电子能量可调范围大(1-3 keV),操作简单。为了获得最优的束流条件,利用SIMION电子光学软件模拟了电子发射源大小和初始发散角对靶点处的束斑大小和束流发散角的影响。在电子能量为1.5 keV条件下,实验检验给出在离电子枪出口27 mm处可获得束径约为0.95 mm、束流发散角约0.93°和束流强度6.27mA的电子束,满足电子能量损失谱仪的使用要求。     

纵向高斯型密度分布下电荷束团的自场能与发射度增长

在直线加速器中纵向高斯型密度分布的假定下，推得了纵向高斯型密度分布与横向密度分布分别为均匀型（Ｋ－Ｖ）、水袋型（ＷＢ）、抛物线型（ＰＡ）和高斯型（ＧＡ）相组合情况下的非均匀密度分布的自场能公式及相应的束流发射度增长；并且通过数值计算，给出了束团自场能及发射度随加速器和束团参数变化的图表。     

用于自由电子激光装置的丝扫描束流横向截面测量系统原型机

基于丝扫描系统的束流横向截面测量为半阻拦式的测量方法,相比于截面靶测量对束流影响较小。上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置(SHINE)束团截面在线测量系统计划采用丝扫描技术实现,为此设计研制了由丝靶探头、机械运动机构、束损探测器、电子学系统构成的丝扫描束流横向截面测量系统原型机。本文介绍了该原型机的工作原理、具体设计及在丝扫描探头上游安装腔式束流位置测量(CBPM)系统进行束流中心位置和束团电荷量精确补偿的优化方案。为精确评估该样机系统性能,在上海软X射线自由电子激光(SXFEL)中相邻位置布局了丝扫描探头和YAG靶截面探头,通过同时测量并对比同样束流截面的方法,对丝扫描系统原型机性能进行了束流实验评估。束流实验结果表明,在束团电荷量500 pC、电子能量0.84 GeV的条件下,丝扫描技术可用于电子束团的在线半阻拦式截面测量,测量不确定度好于30μm,测量结果与SXFEL装置标配的YAG靶截面靶测量系统结果一致。     

逐束团位置对束流横向反馈的影响分析

为了提升上海光源储存环横向反馈系统的性能,进一步优化抑制束团串内部横向耦合不稳定性,需要更深入了解现有束流反馈系统模式下的工作状态。用逐束团位置在线采集的方法,在束流诊断实验中获取横向反馈系统不同反馈作用力条件下的逐束团位置信息。通过离线频谱分析,得到束团串横向不稳定振荡振幅随反馈作用力及束团分布的变化规律,表明了横向反馈作用力对束流的整体作用具有正相关性,但对不同束团及束团串的作用效果具有较大差异。为更深入的研究束流不稳定性及束流优化提供了数据支持。     

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。     

100 MeV回旋加速器束流加速轨道的COMA模拟跟踪

利用多粒子跟踪程序COMA来模拟CYCIAE-100的加速过程。在束流强度和初始发射度固定的情况下，分析研究加速过程中束团的能散、滑相、相图的变化，发射度的变化，以及束流包络的变化情况。     

低发射度L波段光阴极微波电子枪物理设计

太赫兹(THz)光源对电子束的能量、能散及发射度有极高要求,研发高性能电子源是基于自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)的THz光源的重要挑战。对电子腔中束团发射度增长机制的研究,有助于设计针对有效的发射度补偿方案。本文首先描述了L波段光阴极微波电子枪腔的设计,利用POISSON Superfish软件给出了腔内电磁场分布,详细分析了束流发射度增长的因素,讨论发射度补偿原理。由此提出基于主副螺线管线圈抑制发射度增长的补偿方案,并用ASTRA程序对补偿效果进行模拟计算。结果表明,采用该补偿方案后,电子腔输出束团的能散和发射度有显著改善,达到THz光源对于电子源的要求。