直线加速器中的非线性空间电荷效应和发射度增长

直线加速器中束团的非线性空间电荷效应是引起发射度增长的重要原因之一.根据计算在屏蔽筒中非均匀分布京团的空间电荷效应的普遍方法,推导了直线加速器圆波导中几种非均匀分布束团的非线性场能公式,并给出数值计算结果.讨论了由非线性所引起发射度增长.     

电荷束团横向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。本文给出了直线加速器中几种常见的横向非均匀电荷密度分布的有限长空间电荷束团所具有的非线性自场能,得到了由束团非均匀电荷密度分布引起的发射度增长。     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型，并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向ｒ和纵向ｚ都满足高期分布，推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式；通过数值模拟计算，给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线，讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系．     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向r和纵向z都满足高期分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系.     

LIA注入器发射度增长机理研究及其抑制措施

根据直线感应加速器(LIA)的特点采用了轴对称直流模型,结合E.P.Lee的理论导出了发射度增长的微分方程,提出了一种直线感应加速器发射度增长的机理,根据该机理计算了从均匀分布到高斯分布的演变过程中发射度增长的大小,指出直线感应加速器(LIA)注入器阶段束流发射度增长主要是由于非线性效应导致的束刨面电流密度分布变化引起的.根据研究结果,提出了相应的抑制发射度增长的措施.     

束流传输管道孔径变化引起的束团场能差

由直线加速器提供的用于自由电子激光(FEL)的电子束团,在其传输过程中常会遇到传输管道孔径变化的情况.本文在电荷密度均匀分布假定下,应用直线加速器中空间电荷束团的有限长柱模型,推导得到了束流传输管道孔径变化引起的束团场能变化及场能差公式.数值计算结果表明,它与国外以往所采用的以连续束流来代表直线加速器中电荷束团而得到的结果,有很大的差别,并且是更符合直线加速器中的电荷束团的实际情况,因而是更精确和可靠的.     

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并，为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响，对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示，在束团合并过程中，束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡，导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变，是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响，采用多谐波前馈系统进行补偿，达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的，从而确保了BRing中引出束流的品质，同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。     

合肥软X射线波段自由电子激光注入器模拟优化

合肥软X射线波段自由电子激光项目是基于直线加速器的软X射线光源. 其注入器由光阴极微波电子枪与两个直线加速3米段构成. 光阴极微波电子枪产生束团电荷量1nc、峰值流强100A、重复频率10Hz电子束流, 并利用螺线管磁场在其出口处进行发射度补偿, 在经过一段漂移距离后电子束流进入增强直线段加速. 使在低能端由于空间电荷效应产生的横向发射度增长基本被完全补偿. 本文中利用PARMELA对注入器进行了模拟计算, 对发射度的补偿效果进行了优化, 同时对注入器内各元件的布置也进行了优化. 在注入器出口可以得到归一化横向发射度小于1.5mm.mrad的低发射度束流.     

RF腔光阴极注入器中热发射度的测量研究

论文介绍RF腔光阴极注入器中热发射度的测量方法，在注入器中有三个因素影响热发射度的测量，它们是：射频场效应、空间电荷效应和发射度测量误差. 在注入器出口处，电子束发射度由：热发射度、射频场效应引起的发射度增长和空间电荷效应的发射度增长三部分组成. 论文从注入器中发射度增长理论和模拟出发，给出了一个能够消除射频场效应和空间电荷效应的热发射度测量方法.     

回旋加速器中的空间电荷效应和束晕

在考虑束团内粒子之间的空间电荷相互作用力的条件下,对日本理化研究所(RIKEN)现有的一台注入器(加速常数为K70的AVF型回旋加速器)中束团的演变过程进行了模拟计算.模拟结果表明,束团的形变、束晕现象同样发生在回旋加速器中,不过,其产生机制不同于直线加速器.它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

Emittance coupling driven by space charge in the CSNS linac

In the conventional design of RF linacs, the bunched beams are not in thermal equilibrium. The space charge forces couple the particle motions between the transverse and the longitudinal directions. Fur-thermore it will cause the equipartitioning process which leads to emittance growth and halo formation. In the design of the China Spallation Neutron Source (CSNS) linac, three cases are investigated using the Hofmann stability charts. In this paper, we present the equipartitioning beam study of the CSNS Alvarez DTL linac.     

Emittance coupling driven by space charge in the CSNS linac

In the conventional design of RF linacs, the bunched beams are not in thermal equilibrium. The space charge forces couple the particle motions between the transverse and the longitudinal directions. Furthermore it will cause the equipartitioning process which leads to emittance growth and halo formation. In the design of the China Spallation Neutron Source （CSNS） linac, three cases are investigated using the Hofmann stability charts. In this paper, we present the equipartitioning beam study of the CSNS Alvarez DTL linac.     

电子直线加速器束流均方根发射度变化方程

本文导出了考虑外场和束流效应后束流均方根发射度平方变化方程的一般表达式,并就仅考虑外场,仅考虑空间电荷场和仅考虑尾场等三种特殊情况进行了分析。     

PIC mode simulation of solenoid collimation channel

A new SSC(Separated Sector Cyclotron)-Linac is being designed to serve as an injector for the SSC at the HIRFL(Heavy Ion Research Facility Lanzhou).The beam intensity at the LEBT(Low Energy Beam Transport)for the heavy ions after the selection is typically low and the space charge effects are inconspicuous.The space charge effects become obvious when the beam current increases to a few hundred microamperes.The emittance growth deriving from the space charge effects may be particularly troublesome for the following linac and cyclotron.An optical system containing three solenoids has been designed for the LEBT to limit the beam emittance and to avoid the unnecessary beam loss in the cyclotron,as well as for the purpose of immunizing the LEBT emittance growth due to the space charge effects.The results of the PIC(Particle-In-Cell)mode simulation illustrate that this channel could limit the beam emittance growth and increase the beam brightness.     

准周期聚焦–加速耦合系统的均温设计方法

强流质子直线加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长.理论已经证明,强的空间电荷作用在不同自由度之间的耦合,会因为其间的温度差异,通过束流的相干不稳定性,使束流发射度增长.因此,有必要按照均温的原则设计强流加速器.但是,由于质子直线加速器的各种加速结构均为准周期耦合系统,使得均温设计十分繁琐而难以达到完全均温.我们利用国际上通用的束流动力学软件TRACE3-D,给它补充了均温设计功能,通过与PARMILA程序的配合使用,可以方便地在加速器设计中实现均温条件.本文将介绍我们对TRACE3-D的修改补充,并以强流质子直线加速器设计实例,说明均温设计的必要性.     

BPM测量束流纵向发射度与Twiss参数

在C-ADS直线加速器样机中,为了描述束流相空间分布,需要精确测量束流在RFQ出口处的参数。束流横向信息已通过发射度重构测量获得,束流光学也得到了验证。采用了一种用BPM的SUM信号测量束流纵向参数的方法。在实验中,调节两台聚束器的聚束腔压并记录其下游BPM上的SUM信号。通过粒子群算法和TraceWin模拟相结合的方法,得到了考虑空间电荷效应的测量结果。测得的发射度与Toutatis中的模拟值相近。     

Analysis of the triode gun and the beam dynamics of a standing waveelectron linac

The charge-density integral method is used to analyse a triode gun which will inject electrons into a standing wave electron linac. The effect of space charge on the gun output beam parameters is estimated. The beam dynamics of the entire linac system is studied. The energy spectrum, beam size and divergence at the end of the linac are evaluated neglecting space charge