高功率速调管电子枪热形变分析与测试

 国产50 MW速调管需要脉冲功率为120 MW的电子枪，其阴极为皮尔斯型储备式阴极，扫描直径为85 mm。利用ANSYS 对该速调管电子枪的温度场分布及结构的热变形进行了模拟分析。对于电子枪复杂的内部结构形态以及能量转换方式,分析了热传导方式对温度场的影响。在此基础上进行了温度场与结构变形的耦合分析，利用EGUN对电子枪形变前后束流光学特性进行模拟分析，并对模拟结果与高功率测试结果进行了分析比较。     

BEPCⅡ电子枪系统测试与运行

2004年7月BEPCⅡ新电子枪系统在测试台进行了测试, 同年11月投入BEPCⅡ直线加速器运行. 描述了新电子枪系统的测试与运行状态. 电子枪设计电流10A, 脉宽1ns,重复频率50Hz, 脉冲高压200kV, 提供单脉冲和双脉冲运行模式. 通过实验获取了一些重要的关系曲线, 同时进行了初步的双脉冲测试. 流强及发射度测量等测试结果表明设计阶段的计算机模拟数据与实际情况基本相符. 从电子枪实际运行状况来看, 其设计与制造是成功的.     

BEPC实验电子枪系统的研究

E5-4实验电子枪系统是BEPC电子枪系统的改进版本，文中首先对其进行了理论分析，并介绍了利用Y796阴栅组件和新的电源及Pulser系统进行测试的结果，分析了各个参数对束流的影响，给出了电子枪流强与直流高压、pulser 电压、栅偏压、阴极参数等的关系曲线，对BEPCII电子枪系统的研制和调试起到了重要的指导作用.     

BEPC Ⅱ工程磁铁设计与制造

北京正负电子对撞机(BEPC)改造工程是将原来的单环升级为高亮度的双环对撞机(BEPCⅡ),即在现存的BEPC隧道里增加一个新的储存环.使得BEPC Ⅱ能够提供从1.0GeV到2.1GeV能量范围的高亮度对撞束流供高能物理实验用,同时外环还要兼容2.5GeV能量250mA流强的同步辐射专用模式运行,实际上相当于有3个储存环运行.由于受到BEPC储存环隧道空间的局限,物理上的高亮度要求,以及BEPCⅡ真空盒设计采用带前室(Antechamber)结构,因此给各种磁铁设计与制造增加了相当大的难度.着重介绍BEPCⅡ储存环和对撞区中几种主要常规磁铁的设计、制造概况,同时也给出了相应的磁场测量结果.     

BEPCⅡ工程磁铁设计与制造

北京正负电子对撞机(BEPC)改造工程是将原来的单环升级为高亮度的双环对撞机(BEPCⅡ), 即在现存的BEPC隧道里增加一个新的储存环. 使得BEPCⅡ能够提供从1.0GeV到2.1GeV能量范围的高亮度对撞束流供高能物理实验用, 同时外环还要兼容2.5GeV能量250mA流强的同步辐射专用模式运行, 实际上相当于有3个储存环运行. 由于受到BEPC储存环隧道空间的局限, 物理上的高亮度要求, 以及BEPCⅡ真空盒设计采用带前室(Antechamber)结构, 因此给各种磁铁设计与制造增加了相当大的难度. 着重介绍BEPCⅡ储存环和对撞区中几种主要常规磁铁的设计、制造概况, 同时也给出了相应的磁场测量结果.     

多束团不稳定性的模拟研究

利用模拟的方法研究了多束团不稳定性.SCBI程序(SIMULATION OF COUPLED-BUNCH INSTABILITIES)是一个用来模拟研究储存环上高频腔、真空盒内壁及其它腔形结构元件的长程尾场和中程尾场激发的多束团不稳定性的综合程序.在束团均匀分布情形下,比较了SCBI程序与ZAP程序的结果,两者非常一致.同时,利用SCBI程序对北京正负电子对撞机(BEPC)多束团改进方案(BEPCⅡ)的多束团不稳定性进行了详细的研究.     

BEPCⅡ未来预注入器的优化研究

BEPCⅡ未来的预注入器由热阴极电子枪、两个次谐波聚束器(SHB)、行波预聚束器以及行波聚束器组成.除电子枪以外,各个部分都位于螺线管磁场中.使用PARMELA和EGUN程序模拟和优化了预注入器的束流动力学.对SHB的聚束电压和漂移距离、预聚束器与聚束器的相位和加速梯度、螺线管磁场的形状等都进行了细致的研究和优化,并讨论了聚束器出口10ps束长内电荷量的极限值.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

BEPCⅡ正电子源

BEPCⅡ是一粒子工厂型的正负电子对撞机,为北京正负电子对撞机(BEPC)的改造、升级工程. 它对直线注入器的基本要求是40mA,1.89GeV的正电子束流,发射度1.6μm,能散度好于±0.5%, 保证储存环的注入速率≥50mA/min, 实现TOP OFF注入方式. 因为正电子流强与打靶电子束流功率成正比,采用一把新的10A电子枪来提高打靶电流, 采用新加速结构和65MW速调管SLAC5045把目前140MeV的打靶能量提高到240MeV. 正电子源本身也是一非常关键、极其复杂的系统, 它包括正电子转换靶室、12kA``磁号'脉冲电源、7m长聚焦节、大功率直流电源和支架等. 目前,正电子产生加速器,从电子枪直到正电子源,已经安装到了BEPC直线加速器隧道. 本文将着重介绍正电子源系统的设计、加工和测试.     

BEPCⅡ激光丝系统探测器模拟研究(英文)

BEPCⅡ上正在进行激光丝系统的研究。基于GEANT4对激光丝系统探测器进行了模拟。首先模拟了康普顿散射信号在探测器材料中电磁簇射的分布,确定了探测器初始尺寸。之后模拟了不同尺寸下探测器的输出,根据模拟结果确定了探测器的最终尺寸,使得探测器在所确定的尺寸有较大的信号输出。还进行了不同康普顿散射位置时探测器的响应模拟,结果表明束流管道的影响是不可忽略的,是探测器响应非线性的主要原因,预计该结果对束流截面测量有重要意义。最后简要介绍了BEPCⅡ几种可能的束流能量时,探测器信号输出和能量泄漏的模拟结果。     

电子枪功率与束宽对金属原子蒸气特性的影响

在原子法激光同位素分离工程中,电子枪加热金属铀产生的原子蒸气的密度、速度以及温度等宏观量分布特性是非常重要的参数.为了分析电子枪功率和束宽对原子蒸气密度、速度、温度、质量通量和速度分布等物理特性的影响,采用直接MonteCarlo方法用柱坐标模拟了铀原子平面蒸发动力学过程.在电子枪加热方式下,蒸发源温度场不均匀,而且温度场随电子枪功率和束宽变化.着重研究这种变化对蒸气各种物理特性的影响.模拟结果表明,电子枪功率越高,蒸气径向宏观漂移速度越大,蒸发量越大;电子束束宽越窄,蒸发量越大. 关键词： 金属蒸发 原子法激光同位素分离 直接MonteCarlo 电子枪     

3 dB桥误差对能量倍增器性能的影响

根据能量倍增器的工作原理,对3 dB桥误差引起的能量倍增器性能变化进行了理论分析,并对BEPC和BEPCⅡ直线加速器所使用能量倍增器的3 dB桥误差进行了讨论,为判断焊接后3 dB桥桥臂波导变形提供了理论参考。结果表明:无论是功率分配不平衡,还是相位关系偏离,都会使部分功率反射回速调管。功率分配不平衡和微波相位关系偏离值越大,则功率倍增因子下降得越多。     

FMA在BEPCⅡ上的应用

介绍了基于AT的FMA方法在BEPCⅡ上首次较系统的应用. 将AT分析结果与MAD和SAD程序比较, 吻合较好. 考虑高频腔和辐射阻尼效应, 利用FMA分别对BEPCⅡ对撞模式和注入模式进行分析, 揭示了相应的单粒子动力学, 为进一步优化提供指导和依据. 结果显示纵向横向耦合共振可能会对粒子动力学产生较大影响.     

BEPCⅡ束流相关本底的蒙特卡罗模拟研究(Ⅱ)—束流-气体相互作用

介绍了用蒙特卡罗方法研究正常对撞模式下束流本底中的束流-气体相互作用的原理与效果.使用通用的模拟工具,研究了BEPCⅡ的束流-气体本底对设计中的BESⅢ的影响.结果显示,在储存环上设置挡板后,探测器的本底在允许的范围之内.模拟结果对BEPCⅡ-BESⅢ的设计建造具有指导意义.     

流强探测器发热分析及改善方法

BEPCⅡ新参量流强探测器在束流高流强对撞模式下存在严重发热问题。为了稳定和精确的测量,对可能的发热原因进行了综合讨论,针对真空盒发热问题利用CST进行尾场模拟,以本征模计算得到稳态温度分布。对探测器发热问题利用等效的反射阻抗计算方法得到陶瓷狭缝的截止频率,从而有针对性地提出了实用的解决方案并得到了理想的实验结果。实验基本解决了BEPCⅡ探测器的发热问题,对今后流强探测器的改进和未来流强探测器的研发和设计有指导意义。     

BEPCⅡ直线加速器的双脉冲加速研究

 为了将BEPCⅡ直线加速器的正电子注入速率提高到单脉冲运行时的两倍左右, 提出了双脉冲产生和加速的方案。对BEPCⅡ直线加速器双脉冲加速的束流动力学进行了模拟, 首次给出了双脉冲的模拟方法。此外, 还在BEPCⅡ直线加速器上进行了双脉冲加速的初步实验研究, 为以后BEPCⅡ直线加速器的进一步改造提供了参考。     

流强探测器发热分析及改善方法（英文）

BEPC Ⅱ新参量流强探测器在束流高流强对撞模式下存在严重发热问题。为了稳定和精确的测量,对可能的发热原因进行了综合讨论,针对真空盒发热问题利用CST进行尾场模拟,以本征模计算得到稳态温度分布。对探测器发热问题利用等效的反射阻抗计算方法得到陶瓷狭缝的截止频率,从而有针对性地提出了实用的解决方案并得到了理想的实验结果。实验基本解决了BEPC Ⅱ探测器的发热问题,对今后流强探测器的改进和未来流强探测器的研发和设计有指导意义。     

BEPC中束束效应的计算模拟

独立开发并行的正负电子储存环的束束效应模拟程序SBBE?.通过求解自由空间内的Poisson方程计算束束作用力;单圈的传输映射中引入了辐射阻尼效应和随机效应.使用它对BEPC中的束束效应进行了计算模拟,并与实测数据进行比较.结果表明,SBBE可以较好地再现BEPC中由束束效应所引发的现象,具备一定的预言能力.本工作为BEPCⅡ的束束效应模拟研究.     

多聚焦极栅控电子模拟源的研究

采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生,依据不同栅控电压,分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明:拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用;当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时,能量为30keV的电子束焦斑最小,在10m处焦斑大小为160mm.     

BEPCⅡ高频屏蔽波纹管纵向耦合阻抗测量和数值计算

根据BEPCⅡ工程的需要, 在高能物理研究所搭建了阻抗测量平台, 对BEPCⅡ部分真空部件进行纵向耦合阻抗的测量. 测量平台基于同轴线方法, 使HP/Agilent 8720ES微波网络分析仪在频域进行测量. 在此平台上可以用TRL校准技术和等长比较件两种方法测量真空部件耦合阻抗. 本文介绍BEPCⅡ阻抗测量平台以及对高频屏蔽波纹管(bellows)的阻抗测量和数值计算结果, 并对测量结果和测量平台系统误差进行了分析.