用于高平均功率自由电子激光器的DC–RF超导腔注入器

北京大学超导加速器实验室提出了新型DC?RF超导腔注入器的设计方案.该注入器由皮尔斯引出结构、1+1/2超导腔组成,可以提供高品质的、CW模式或高占空比(1%以上)的电子束.对该注入器进行了分析计算和设计研究,通过改变超导腔首腔腔形以增加聚焦效果,采取措施缩短阴极到超导腔的距离,从而有效地抑制束流发射度的增长.用PARMELA对该注入器进行束流动力学研究,以确定皮尔斯引出结构的形状以及超导腔的同步相位.计算结果表明这种用于高平均功率自由电子激光的注入器的设计方案是可行的.     

基于超导直线加速器的XFEL初步方案

基于超导直线加速器的X射线自由电子激光(XFEL)是自由电子激光领域未来发展的一个重要方向。介绍了国际上Euro-XFEL及LCLS-II等超导XFEL装置的设计建造现状。在此基础上提出基于一台7GeV超导直线加速器的超导XFEL初步方案,给出主要设计参数,并讨论实现100~1000GW量级峰值输出功率的技术路线,包括提高峰值流强、采用波荡器磁场渐变技术等。     

射频超导技术与ERL技术新进展

射频超导谐振腔可以工作在连续波或长宏脉冲模式. 射频超导技术已发展为加速各种带电粒子束的重要手段. 射频超导技术发展的前期受材料性能、腔的处理以及加工安装水平等的限制. 经过几十年的不断改进, 射频超导技术获得了重大突破. 射频超导腔应用到超导加速器上并成功运行, 积累了腔的质量控制工艺和工业化制备的大量经验. 近期国际上面对未来大科学装置项目, 在射频超导技术方面进行了大量的研发工作, 主要包括提高超导腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒铌材)超导腔的研究. 能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技术. ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势, 被越来越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中.     

射频超导技术与ERL技术新进展

射频超导谐振腔可以工作在连续波或长宏脉冲模式.射频超导技术已发展为加速各种带电粒子束的重要手段.射频超导技术发展的前期受材料性能、腔的处理以及加工安装水平等的限制.经过几十年的不断改进,射频超导技术获得了重大突破.射频超导腔应用到超导加速器上并成功运行,积累了腔的质量控制工艺和工业化制备的大量经验.近期国际上面对未来大科学装置项目,在射频超导技术方面进行了大量的研发工作,主要包括提高超导腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒铌材)超导腔的研究.能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技术.ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势,被越来越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中.     

基于自由电子激光的小型太赫兹源初步设计

介绍了基于自由电子激光的太赫兹源的研究情况,提出了一种小型自由电子激光太赫兹源设计方案.采用独立调谐双腔热阴极微波电子枪,不需要α-磁铁及其他束团压缩装置,能够达到所需的束流品质,达到减小系统尺寸的目的.加速结构采用对称输入耦合器和同轴吸收负载输出耦合器,减少加速器的横向尺寸.采用混合永磁型波荡器,孔耦合输出的稳定球面光学谐振腔.介绍了该方案的初步设计和仿真计算.     

PKU-FEL设计的初步考虑

 北京大学在其超导加速器装置PKU-SCAF的基础上将建成一个红外自由电子激光实验平台PKU-FEL。它可以提供高稳定度、高平均功率、高谱纯度、ps脉冲的自由电子激光。给出了PKU-FEL的初步设计方案。     

325 MHz中β超导Spoke腔的腔型对比和选择

中国科学院高能物理研究所一直在研究频率为325 MHz、中低β Spoke超导加速腔,以应用在加速器驱动的次临界系统(ADS)的强流质子直线加速器中。通过对超导腔设计方法和设计原则的研究,使用CST仿真软件设计了单Spoke腔、双Spoke腔、三bar Spoke腔三种Spoke腔型。其中三bar Spoke腔和双Spoke腔一样,都有着三个加速间隙,但是Spoke柱的结构不同。在腔型设计中,对三种Spoke腔的模型均作了参数化处理。然后通过CST的参数化扫描来优化腔体形状以使得峰值电场与加速梯度的比值最小,同时使峰值磁场与加速梯度的比值处于较低范围。本文对三种腔型进行了高频结构优化和参数分析,选用了双Spoke腔型作为设计方案,并对电磁场等进行了优化设计。     

第三届欧洲粒子加速器会议介绍

1 会议概况 第三届欧洲粒子加速器会议于1992年3月24日至28日在德国柏林召开。参加会议正式代表共计721人,其中来自美洲、亚洲和澳洲的代表共111人。这是一次世界性的加速器学术大会,会上共有报告606篇,其中特邀报告40篇。会议期间共有55个厂家参加了技术展览,内容包括超导加速腔、速调管、计算机控制系统、大功率微波源和高真空技术等。这次会议对我国的加速器研究及高亮度注入器研制等具有参考意义。 大会的特邀报告内容涉及高能对撞机、未来同步辐射装置、自由电子激光、超导加速器、强流直线加速     

我国自由电子激光研究获重大进展

我国在自由电子激光技术领域的研究获重大突破性进展.由中国工程物理研究院研制的我国第一台直线感应加速器自由电子激光放大器装置“曙光一号”和由中国科学院高能物理研究所研制的北京自由电子激光装置(BFEL),相继于今年4月和5月运行成功,并产生了亚洲第一束红外自由电子激光,标志着我国激光和加速器研究迈上新的台阶. 1987年以来,国家863计划及时组织开展了自由电子激光的研究.中国工程物理研究院和中国科学院高能物理研究所,组织 100多名科研人员,奋战五年时间,终于成功地设计和建造了具有中国特色的“曙光一号”自由电子激光装置和北…     

可变参数磁压缩系统设计

北京大学30MeV超导加速器包含3个RF加速单元: 自主研发的1.5cell DC-SC(直流-超导)注入器, 经过升级的3.5cell DC-SC注入器, 以及1.3GHz 2×9cell Telsa型超导加速腔. 为充分利用该装置上高品质电子束, 计划压缩1.5cell注入器出口电子束用于产生相干THz光, 以及压缩2×9cell超导加速腔出口电子束产生红外自由电子激光. 通过理论计算及模拟计算相结合设计了一套可变参数磁压缩系统, 该系统可以同时满足两个RF加速单元后束团压缩的要求.     

行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管理论设计与实验研究

条纹变像管因其超高时间分辨特性而成为实现皮秒至飞秒量级时间分辨的重要测量仪器.本文设计了一种同时兼顾高时空分辨的行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管.该管型通过减小电子渡越时间以抑制空间电荷效应、采用偏转器前置以及行波偏转方式提高偏转灵敏度,实现整管时空分辨率的大幅提升.利用CST微波工作室有限元法数值计算条纹变像管行波偏转器的通频带宽、偏转灵敏度,结果表明:本设计中的行波偏转器因其较高的通频带宽特性实现了偏转器上的电磁波相速度在很宽频率范围内与电子轴向群速度匹配,产生更有效偏转.利用CST粒子工作室模拟追踪光电子的运行轨迹,通过最佳像面上的时间调制传递函数和空间调制传递函数,计算得到其理论时间分辨率可达220 fs,空间分辨率高于100 lp/mm.同时根据像差定义给出追踪实际电子轨迹的像差计算方法,实现对变像管成像质量评价.最后利用紫外灯对其进行静态测试,获得静态空间分辨率优于35 lp/mm的结果.     

超小型条纹管的动态特性研究

基于条纹相机的非推扫式激光雷达可以实现三维多光谱荧光及偏振成像,克服了传统雷达技术中由于目标和搭载平台之间相对移动形成的图像畸变,图像刷新率高,也便于小型化.本文针对这一新技术发展的需求设计了一款大面积(阴极有效面积?25)、超小型(阴极到荧光屏净尺寸为100 mm)、无栅网、球面阴极、球面荧光屏的条纹管,利用电子轨迹追踪法理论分析了偏转板位置对偏转灵敏度和空间分辨率的影响.动态分析演示了从阴极面狭缝上同时出发的光电子在条纹管内部不同飞行阶段的时间畸变过程,给出了条纹管在扫描工作模式下狭缝像弯曲所对应的定量时间畸变值.该条纹管极限时间分辨率优于30 ps,在其阴极狭缝长28 mm的范围内,边缘动态空间分辨率大于10 lp/mm,阴极狭缝为30 mm×50μm时条纹管的动态时间分辨率优于50 ps,放大倍率为1.2.     

行波前置短磁聚焦飞秒条纹管设计

设计了一款长度为265mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板,并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样,用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹,统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间,给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示,所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6mm,放大率为2.4~2.5,动态空间分辨力大于55lp/mm。经保守估算,条纹管的时间分辨力有望达到245fs。     

新型KTP电光偏转器的设计和分析

设计了新ＫＴＰ电光偏转器，当通光口径Ｄ＝４ｍｍ，长度Ｌ＝４０ｍｍ时，其时间分辨率为１８０ｐｓ，从而可获得最窄宽度为４００ｐｓ的整形激光脉冲，而相同结构的ＬｉＮｂＯ３电光偏转器最窄只可获得宽度为８３０ｐｓ的整形激光脉冲，分析了电光偏转器设计中影响其性能指标的因素，指出利用恒温炉装置可消除激光脉冲在传播过程中的波面畸变。     

托卡马克真空室内线圈水冷管道接头强化二次流的数值研究

基于计算流体力学(CFD)理论，研究了不同曲率半径的螺旋导流片的托卡马克真空室内线圈水冷管道接头。利用湍流数值模拟方法，分析了线圈管道接头导流片曲率半径比、冷却水入口流速对线圈管道内流体平均雷诺数分布的影响。结果表明，不同导流片曲率半径比的线圈管道内的流体雷诺数分布曲线相似，平均雷诺数随入口流速的增加而增大，管道接头出口雷诺数随导流片曲率半径比的增大而减小，导流片曲率半径比小的管接头更适用于线圈水冷曲线管的二次流强化。此外，还为导流片曲率半径比为0.2的管接头拟合了管接头出口雷诺数与入口流速的关系式，为进一步研究类似于托卡马克真空室内线圈管道的曲线管接头的二次流强化提供理论基础。     

SFC引出静电偏转板高压放电的研究

根据SFC引出静电偏转板的特殊工作环境和运行中发生的现象， 对其高压放电机理进行了深入的研究和大量的电磁场计算。 计算结果表明， 在电场和磁场的共同作用下， 盖板损伤的发生部位与实际运行中的打火痕迹完全符合。 最后阐述了SFC引出偏转板的高压放电过程， 并对其改进措施进行了研究。Due to the special working conditions of the SFC extraction deflector, the breakdown of the deflector is a serious problem. Based on the electromagnetic field calculations and the analysis of electrons and ions in the field, the breakdown mechanism was investigated. The calculated results about the electron hitting spots on the liners are consistent with the observed ones in the operation. At last, an improvement method of the deflector is suggested by using aluminum cathode and combined liners     

Bunch length measurement using a traveling wave RF deflector

RF deflectors can be used for bunch length measurement with high resolution. This paper describes a completed S-band traveling wave RF deflector and the bunch length measurement of the electron beam produced by the photocathode RF gun of the Shanghai DUV-FEL facility. This is the first time that such a transverse RF deflector has been developed and used to measure the bunch length of picosecond order in China. The deflector's VSWR is 1.06, the whole attenuation 0.5 dB, and the bandwidth 4.77 MHz for VSWR less than 1.1. With a laser pulse width of 8.5 ps, beam energy of 4.2 MeV, and bunch charge of 0.64 nC, the bunch lengths for different RF input power into the deflector were measured, and an averaged rms bunch length of 5.25 ps was obtained. A YAG crystal is used as a screen downstream of the deflector, with the calibrated value of 1 pix = 136 μm.     

Broad band acousto-optic deflector for holographic memories

A practical inexpensive mechanism for effecting improved Rayleigh resolution in a random access deflector without sacrificing its performance has been constructed. It comprises an acousto-optic deflector in the form of a flat transducer grating, made from a single piezoelectric platelet. The deflector steers the acoustic column to track the Bragg angle as the acoustic frequency changes.     

Acousto-Optic Deflector with a High Diffraction Efficiency and Wide Angular Scanning Range

A new acousto-optic deflector with a wide angular scanning range and a high diffraction efficiency has been studied. The device uses an additional deflector, which allows the angle of incidence of the input beam to be adjusted in order to fulfill the Bragg phase–matching condition over the entire scanning range of the main deflector. The characteristics of an anisotropic two-crystal deflector based on paratellurite crystals have been measured. It has been established experimentally that the operating bandwidth of the device is 32 MHz for a diffraction coefficient no less than 90%, which determines a light beam scanning angle of 50 mrad.     

HITFL注入引出高压静电偏转板的物理设计

根据兰州重离子治疗专用装置（HITFL）物理设计的要求,采用三维电磁场程序ANSYS建立HITFL环上注入引出高压静电偏转板的物理模型。模型中高压电极的倒角半径为20 mm,电极半宽度为55 mm,计算出静电偏转板物理要求区域内电场的非均匀度为-0.24%～0.24%,区间的电场集中系数为1.37（小于2）,满足物理设计的要求。同时,利用了HIRFL-CSR（兰州重离子冷却储存环）工程CSRm环上注入引出高压静电偏转板物理设计的经验,HITFL环上的静电偏转板采用表面经过氧化处理的锻铝板材以满足耐压性和机械强度的要求。