Echo-enabled谐波放大自由电子激光参数

通过数值模拟,结合解析计算分析,研究了Echo-enabled谐波放大自由电子激光对装置参数和主要束流参数变化的独立敏感性,给出了谐波聚束因子和饱和功率随参数变化的数值模拟结果;对色散段由相干同步辐射效应引起的能散和发射度增长进行了估算和数值模拟。结果表明:相干同步辐射效应引起的切片能散和切片发射度增长在5%以内,对最后辐射影响不大。     

合肥储存环谐波超辐射自由电子激光的数值计算

 采用数值模拟的方法，结合合肥同步辐射自由电子激光的实际参数，并考虑了三维空间效应及束流能散度、发射度等影响，计算了电子束的能量调制、密度调制及谐波超辐射等物理过程。     

束流包络函数方程及其近似解

本文给出了普遍的规一化束流包络函数方程,这种方程可以用来描述加速系统和传输系统中相对论束流及非相对论束流的包络和发射度形状的变化。文中阐述了在考虑加速过程和束流空间电荷效应的情况下,这些包络函数方程的近似求解方法,导出了近似解的表达式。     

高能光源增强器束流横向尺寸测量系统设计

高能同步辐射光源的增强器将直线加速器注入的束流加速到储存环所需的能量,为储存环提供高品质的电子束。为了对增强器的束流横向截面尺寸、发射度及能散进行测量,设计了两条可见光-紫外波段的束测光束线。两条光束线分别选取无色散和色散较大的两处弯铁位置作为光源点,使用两套同步光成像系统来监测光源点的束流截面尺寸,并计算束流发射度及能散。介绍了同步光引出真空室及光学成像系统,对影响成像质量的空间分辨率进行了分析,并针对升能过程中不同能量下束流光斑变化的测量进行了设计。     

非层流无碰撞模型计算LIA焦斑尺寸

 在束流轨迹方程基础上，建立了非层流无碰撞数值模拟模型，并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素，编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算。计算结果表明：子束流层数一定时，焦斑直径波动在0.03 mm范围内；随子束流划分层数的不同，计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05 mm，而焦距几乎不变化，其波动在0.08 cm范围内；随子束流划分层数的增加，焦斑直径计算结果是收敛的，最终收敛值约为1.03 mm。实验得到的焦距为23.2 mm，焦斑直径1.3 mm，实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内，焦斑直径绝对误差在0.4 mm范围内。     

强流柱对称相对论电子束的势能与发射度

推导了柱对称相对论电子束在漂移管内的空间电荷势及相互作用势能,分析了势能在束流传输过程中的变化规律,并与束流均方根发射度的变化方程比较。指出一部分势能随束流传输过程中包络振荡而呈现出可逆的变化;而另一部分势能则在束流传输系统及束流本身非线性力的作用下,随着电荷密度分布变化而转为电荷横向热运动能量,从而导致束流归一化发射度的增长,这种转化是一个不可逆的过程。     

低能强流混合离子束空间电荷补偿度研究

空间电荷效应是影响束流传输和束流品质的一个重要因素，特别是对于低能量强流离子束来说。离子束与束流传输线中的剩余气体分子通过电离反应等产生大量二次电子，受离子束的空间电势约束，可以部分补偿空间电荷效应。为了深入研究强流束在低能段的传输，需要准确测量束流的空间电荷补偿度(SCCD)，尤其是混合束流的SCCD。利用一台三栅网式能量分析仪和一台基于128通道皮安表系统构成的束流剖面探测器，分别测量了不同流强和束流分布下的混合O离子束的二次离子能量分布和束流流强分布，从而计算得出SCCD。实验结果表明，在1.0×10^-5 Pa的真空度下，不同流强的混合O离子束的SCCD基本在70%左右；不同束流分布对空间电势分布影响较大，对离子束的SCCD也会有一定程度的影响。     

双谐波高频系统的同步加速器中发射度主导的长束团研究

在质子储存环中,长束团的长期储存要求采用比较平的 bucket 以增加纵向接收度。对于经过相空间冷却的低能散的束流,束流内部的库仑散射作用不能被忽略。本文讨论了对于处在临界能量以下的发射度主导的长束团双谐波高频系统的特性。为了保持束团长度不变,高频电压应作适当的提高以补偿空间电荷效应的作用。初始失配的束流的纵向运动也分别对于单谐波或双谐波系统进行了研究,对于前者失配度为20%时,纵向接收度太小导致经过几个同步周期后就出现明显的束流纤维化和散束。本文还引入了一种空间电荷作用因子和纵向失配度的概念来研究和分析发射度主导的长束团的纵向运动。采用ORBIT程序对FAIR-HESR加速器中的束流纵向运动进行了模拟跟踪计算,并与理论分析进行了比较。     

毫米波自由电子激光的数值摸拟和定标律

本文用毫米波自由电子激光三维程序(WAGFEL程序)对典型的矩形波导管毫米波自由电子激光放大器的情况进行了计算、并将所得结果与线性理论进行了比较。两者之间有很好的一致性。同时,考察了电流、束流能散度、空间电荷效应等因素对激光增益系数的影响。在束流亮度不变的情况下,考察了饱和输出功率和饱和功率位置与电流的关系,得到了一些十分有用的定标律。此外,还考察了波导效应、空间电荷效应以及β_2<1效应对共振磁场漂移的影响。     

CSR空间电荷效应的研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的流强设计 ,对其空间电荷效应进行了讨论 .随着流强增高和发射度降低 ,束流自作用场效应 (空间电荷效应 )逐渐显现 .散焦的空间电荷力造成的粒子自由振荡频移和束流包络增长 ,带来了不稳定因素 ,这些不稳定因素就限定了储存环的流强极限.Cooler Storage Ring (CSR), an upgrading program planned at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), will supply beams with higher quality and intensity. Space charge effects should be considered due to this magnitude of intensity in CSR. The concept and some phenomena of space charge effects are discussed. Space charge intensity limit and space charge tune shift of normal CSR operation are given. It is of significance for the construction and operation of the future facility.     

储存环上的放射性核束流品质计算

为给兰州重离子加速器冷却储存环（ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ）注入放射性核束（ＲＩＢ）提供初始参数，及为ＣＳＲ上ＲＩＢ分离谱仪的物理设计提供依据，对最近几年发展起来的利用弹核碎裂（ＰＦ）、双消色散分离谱仪在线获取和分离所需ＲＩＢ的参数计算方法，进行了系统的总结；给设计中的ＣＳＲ－ＲＩＢ分离谱仪设定一组束流光学参数，在此基础上对一组具有代表性的反应道的部分参数进行了初步计算，并用ＧＡＮＩＬ发展的相关程序ＬＩＳＥ进行了验证．理论与实验均表明，在目前对ＰＦ反应机制尚不能精确描述的情况下，对ＲＩＢ产额的计算结果达到１～２数量级的精度；对ＲＩＢ横向发射度和动量散度的计算结果相对准确. The calculation of the parameters of RIB produced by the projectile fragmentation and separated by an achromatic spectrometer is firstly summarized. The calculation method to the RSPC(the RIB spectrometer between CSR main ring and the experimental ring) is then described. The final results of the yield, the energy spread and the transversal emittance of some typical RIB has been obtained.     

Velocity bunching in travelling wave accelerator with low acceleration gradient

We present the analytical and simulated results of our study of the influence of the acceleration gradient in the velocity bunching process, which is a bunch compression scheme that uses a travelling wave accelerating structure as a compressor. Our study shows that the bunch compression application with low acceleration gradient is more tolerant to phase jitter and more successful in obtaining a compressed electron beam with symmetrical longitudinal distribution and low energy spread. We also present a transverse emittance compensation scheme to compensate the emittance growth caused by the increase of the space charge force in the compressing process, which is easy to adjust for different compression factors.     

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。     

Space charge effect,coherence of charge oscillations,and emittance

The space charge effect plays an important role in accelerator injectors, in which the particle energy is relatively low. The emittance compensation technique makes it possible to effectively analyze and optimize such beamlines. This method is used for obtaining simple and reliable analytical and numerical estimates for the increase in emittance in beamlines with prevailing effect of space charge and guns. The longitudinal and transverse nonuniformity in charge density, acceleration, and bunching are taken into account. The parameters of optimal beamlines and guns are estimated.     

Ultra-low emittance X-band photocathode RF gun

In this paper, we present the simulation results of a 1.6 cell X-band photocathode RF gun for ultra-low emittance electron beams. It will work at 9.3 GHz. The emittance, bunch length, electron energy and energy spread at the gun exit are optimized at bunch charge of 1pC using PARMELA. Electron bunches with emittance about 0.1 mm·mrad and bunch length less than 100 fs can be obtained from this gun. A PITZ type coupler is adopted in this gun and an initial simulation by MAFIA is also given in this paper.     

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．     

Impact on the magnetic compressor due to CSR

When an electron bunch is compressed in a chicane compressor,the CSR (coherent synchrotron radiation) will induce energy redistribution along the bunch.Such energy redistribution will affect the longitudinal emittance as a direct consequence.It will also excite betatron oscillation due to the chromatic transfer functions,and hence a transverse emittance change.So,it is indispensable for us to find a way to alleviate the CSR-cansed emittance dilution and the bad result of chicane compressor in PKU-FEL.     

混频＋m腔微波电子枪束流动力学特性

为了使自由电子激光器的电子束注入器具有小的能散，小的横向发射度、高的亮度，本文提出在　腔的微波电子枪中采用混频腔技术，并用解析方法研究了混频加速的　腔方案的动力学特性，所导出的表达式说明此方案能改善束流的纵向和横向粒子动力学性能；为了对比，还借助于ＰＡＲＭＥＬＡ程序对此方案进行了束流动力学模拟，结论与导出的解析表达式结果一致．     

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。