太赫兹FEL束流输运线传输效率及轨道校正计算

太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。     

粒子束团状态对测量束流发射度及能量的影响

为了验证国产质子注入器的参数是否满足需求,注入器团队设计了束流测量系统用于测量国产质子直线注入器束流的流强、发射度、能量以及能散等关键指标。此测量系统包含了采用变聚焦法测量发散度、采用分析磁铁测量束流能量和能散的主要功能。利用束流输运线设计软件Tracewin(版本2.11.4.1)进行了系统束线的物理设计,对束测系统测量质子束流的发散度和能量的精度进行了模拟计算。由于经过RFQ-(APF)DTL加速后的粒子束团为“拖尾”的非理想粒子束团,需要针对非理想束团对束测系统测量发射度和能量产生的影响进行分析。通过对模拟计算结果的分析,发现相对于测量理想粒子束团的结果非理想粒子束团对束测系统测量发射度精度影响较大;非理想粒子束团对束测系统测量能量精度影响较小。     

HL-1M装置弹丸和分子束加料的粒子输运研究

研究了IL-1M装置上弹丸和分子束加料的粒子输运。在研究粒子输运时拟合了粒子源分布,利用调制送气模型研究了分子束送气时的粒子输运。由弹丸注入后较长时间内密度的自然衰减研究了粒子输运,给出了一种简单的研究弹丸注入后粒子输运的方法。计算表明,分子束和弹丸注入改善了等离子体的粒子输运特性。将计算结果与实验测量进行了比较。     

CYCIAE-100轴向注入线设计及中心区束流匹配

采用包含空间电荷效应的束流光学计算软件TRANSOPTR对CYCIAE-100回旋加速器轴向注入线进行设计,在综合考虑空间布局、元件选择、真空度、空间电荷效应、轴向磁场和造价等问题后,最终确定了轴向注入线的聚焦结构。将数值跟踪获得的真实磁场下螺旋偏转板传的输矩阵编写到TRANSOPTR程序中,从而实现了从离子源出口至偏转板出口的束流光学匹配。介绍了CYCIAE-100回旋加速器轴向注入线的设计思想、布局结构和束流光学计算结果,并给出了主要元件的设计结果。在确定中心区结构和对中轨道后,采用多粒子轨道跟踪的方法进行中心区束流匹配的研究,通过对数值模拟的结果进行椭圆拟合并结合解析公式计算得到注入点处匹配矩阵,为注入线的设计提供拟合条件。     

100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA, 并计划提供脉冲束流. 轴向注入系统设计有两条注入线, 即1#和2#注入线. 1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度, 横向聚焦均采用磁元件; 2#注入线的设计目的主要是提供一定流强的脉冲化束流,由于脉冲化负氢束的中性化过程难以建立, 因此, 横向聚焦元件均为静电元件. 两条线合理的结构设计使得注入系统可方便切换运行模式. 采用包含空间电荷力的光学计算程序, 匹配不同中性化程度的注入束流光学特性, 匹配工作的重点在于高达40°的高频相位接收度. 从离子源出口到粒子加速前15圈的连续匹配计算结果表明: 所设计的注入系统可有效地控制束流包络, 减少束流损失; 中心区高的高频接收度使设计的100MeV质子回旋加速器具有加速强流负氢束的能力.     

圆形加速器的注入和引出技术

圆形加速器中的注入引出通常是关键性的系统,它们在从一个加速阶段到另一个加速阶段或从加速器到实验系统的柬流传输中起到重要作用.注入引出区通常也是发生较大柬流损失的地方.受制于空间限制和尽可能减小对循环束的干扰的要求,注入引出的电磁设备设计通常都需要满足不少特殊的要求如:紧凑性、低杂散场、快上升或下降时间等等.常用的注入引出元件包括:切割磁铁、冲击磁铁、静电偏转板、慢凸轨磁铁和剥离膜等.尽管不同的加速器类型和具体设计对注入引出系统的要求是不一样的,但很多设计和制造中的技术和工艺是类似的,可以在不同实验室中共享.本文给出了国内主要的圆形加速器所采用的注入和引出技术的综述.     

北京正负电子对撞机BEPC和BEPCⅡ

对撞机是一种把两束相向运动的带电粒子加速到高能量,并使之在其中进行对撞的加速器,是探索物质微观世界的强有力的工具。北京正负电子对撞机由四大部分构成:注入器与束流输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置。直线加速器产生的正负电子束分别由两支束流输运线注入到储存环。正负电子束流在储存环中积累并达到所需要的流强和能量时,在对撞点交叉、对撞。安放在对撞点的北京     

北京自由电子激光主束流输运线的研制

给出北京自由电子激光器主束流输运线的设计和研制结果，特别就磁铁各项技术公差对电子束品质的影响进行了计算。     

基于HIRFL-CSR中剥离器的支束线物理设计

介绍了通过剥离器后不同电荷态的束流在弯曲磁铁中的传输情况,由此引出一种切割束流的方法,在此基础上设计了一条支束线,以实现两个实验终端同时供束,增加供束时间.在束运线设计过程中,根据HIRFL CSR的实际条件,对束流的中心轨迹和束流包络做了详细的计算,给出了束流输运线的几何布局和各个元件的基本物理参数. A new branch beam line downstream of the stripper located between SFC and SSC is designed to collect the beams with the charge states other than the most intensive one. The layout of the branch beam line and the physical parameters for each dipole and quadrupole are given based on careful calculations.     

基于响应矩阵和SVD算法的输运线束流轨道校正

在输运线中, 磁铁的加工及安装误差所产生的二极磁场分量会导致束流运动轨道偏离理想轨道. 采用基于Matlab的AT程序, 利用响应矩阵和SVD算法, 对SSRF高能输运线磁铁布局方案进行了轨道畸变校正, 对不同的校正子和BPM放置方案作了比较研究, 并对SVD算法中截断阈值的选取对输运线束流轨道畸变校正的效果作了比较研究.     

EAST中性束反向注入的初步实验研究

对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP 程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析。结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束。     

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对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析.结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束.     

中国散裂中子源加速器束流引出调试和束损优化

引出系统是中国散裂中子源快循环同步加速器的核心组成部分，对束流精确打靶和加速器稳定运行具有重要意义。首先，详细介绍了快循环同步加速器的引出系统和束流引出方案，重点介绍了一些引出系统相关的关键技术。其次，对引出束流调试进行深入研究，包括纵向束流调试、横向束流调试、引出束流分布优化等，其中纵向束流调试主要针对8个引出Kicker定时进行精确标定，横向束流调试主要指Lambertson型磁铁、8个Kicker磁铁、高能输运线模式的匹配设置。最后，对引出束流束损进行深入研究和针对性优化，探索引出束流损失的各种来源，对Lambertson型磁铁漏场、引出束团长度、Kicker波形平顶、Kicker波形变化进行深入研究并对一些新的测量方法进行详细论述。同时，对Lambertson型磁铁入口产生超大辐射热点的现象进行深入研究，寻找其产生大量束流损失的根源，并提出最终解决方案，降低引出束流损失和辐射剂量，使其满足加速器运行要求。     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器（LIA）匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置组合爆炸优化问题。计算结果表明:优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。     

工作点反馈系统对同步辐射光源运行稳定性的提升

上海同步辐射装置（SSRF）储存环上目前已经安装了十台插入元件（IDs）。在用户时间，插入元件的间隙被反复地调整以进行科学实验。虽然使用了插入件前馈系统，但依然存在扰动束流光学的残余四极场，它会导致束流横向振荡工作点的变化,进而影响机器的性能和同步辐射光亮度的稳定。为此，我们研发了一个工作点反馈系统来解决这个问题，并且已经在上海光源储存环上投入了运行，在两周左右的运行周期内，工作点的稳定度达到了±0.001。这个反馈系统还有另一个重要功能，即可以根据监控反馈系统校正电流的变化趋势来判断二极磁铁电源和四极磁铁电源是否存在慢漂问题。为了验证这个工作点反馈的可行性，我们对使用反馈前后几周的束流参数进行了比较，包括储存环注入效率、束流寿命、水平方向束斑尺寸以及β函数的变化情况（beta-beatings）。     

10MeVLIA强流电子束的输运

介绍了１０ＭｅＶ直线感应加速器（ＬＩＡ）束输运系统布局及实验的调试规律。分析了束横向运动对束稳定输运的影响，理论分析和实验调试的结果表明，抑制束稳定输运的主要障碍来自束的横向运动。当束稳定输运时，可获得束能１０．４ＭｅＶ，束流强度２．６ｋＡ，束半高宽约１００ｎｓ的强流脉冲电子束。     

3.5 MeV无箔注入器束流调试

 3.5 MeV 注入器是“神龙一号”直线感应加速器的束源，在注入器束流调试中，首先通过数值模拟方法，初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围；然后以注入器出口束流波形为参考，通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置；再通过测量束流的剖面或发射度，在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置，并最终确定了注入器输运磁场的总体配置。经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV，流强为2.8 kA，归一化边发射度为1 040 mm·mrad，达到了预期的指标。     

冷却储存环主环注入线四极磁铁测量

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线四极磁铁谐波测磁系统和谐波磁场测量结果。分析了磁铁误差产生的原因以及磁铁加工存在的问题和注意事项。     

直线感应加速器束包络数值计算模型

给出的直线感应加速器束输运的计算模型,能够计算束流从注入器经加速器直到最后聚焦的束包络.利用该编码可以方便地研究各种磁场位形及隙压参数对束流输运的影响.作为算例,给出了束流为3kA在长达40余米直线感应加速器的多种磁场位形下的束包络.