多极永磁扭摆磁铁的设计与研制

简要介绍了在北京正负电子对撞机上为提高同步辐射光源性能,设计和研制完成的两台永磁扭摆磁铁的概况,给出了相应的设计参数和机械结构照片,同时也给出了扭摆磁铁的光谱特性.     

永磁扭摆磁铁的同步辐射特性和结构分析

简要分析了永磁扭摆磁铁所产生的同步辐射光的基本特性，并得出永磁扭摆磁铁所产生的同步辐射光的辐射功率角分布和总功率.介绍了永磁扭摆磁铁的基本结构，并对起主要承载力的C型框架和整体结构进行了有限元分析，从而得到磁铁结构在不同情况下的变形.应用理论公式对C型框架的变形位移量进行了验证，为永磁扭摆磁铁的结构设计和进一步改进提供了理论依据. 关键词： 扭摆磁铁 同步辐射 C型框架 有限元分析     

近年来BEPC运行中物理问题研究

从1988年第一次成功对撞起, 北京正负电子对撞机经过多年的改进和长达17年的运行, 于2005年7月4日正式停机. 着重介绍2002—2005年运行期间基于插入件的兼用模式的实现和新建的真空盒内扭摆磁铁的调试.     

CSNS/RCS引出系统快脉冲冲击磁铁的磁场仿真和结构设计

中国散裂中子源快循环同步加速器引出系统快脉冲冲击磁铁,由分组安装于三个真空箱内的8台磁铁组成。对冲击磁铁进行磁场仿真和结构设计,并使用仿真软件进行优化。仿真结果表明:磁铁中心场60%宽度内的磁场均匀性达到0.7%,满足物理设计要求。同时,对两台磁铁间距大小与互感的关系进行模拟计算和分析。磁铁结构设计中,针对原样机中出现的铁芯不能可靠固定问题,进行修改和完善,并且设计出了一种简单实用的多螺栓滑动支撑结构,可使多台磁铁平稳推入真空箱内,同时完成多台磁铁的准直和固定。     

高能同步辐射光源低温波荡器的结构优化设计

高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)插入件系统目前正研制一台低温波荡器(CPMU)样机。为了保证辐射强度,必须严格控制磁场误差。低温波荡器由于其结构的特殊性,承载磁铁的真空内大梁工作在真空、低温环境。低温收缩引起的变形量会引起相位误差,从而降低同步辐射光的相干性。因此,控制和优化真空内大梁的变形是低温波荡器机械设计的重点。采用数值模拟计算的方法,对真空内大梁的变形量进行了分析和优化,最终通过结构优化和补偿机构的设计有效降低了其变形量,使之满足设计指标。     

波长移动器的效应与模拟

 超导扭摆磁铁(或称波长移动器, WLS)能产生短波长同步辐射, 研究了WLS 的效应与模拟问题。用磁场积分估计其效应,近似计算了一阶和三阶传输系数的最大项;用三个分段常 数非矩形磁极准确地模拟一阶效应,以便设计补偿手段。     

HEPS-TF低温波荡器低温系统设计

高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)插入件系统计划研制一台基于镨铁硼的低温波荡器(CPMU)样机。低温波荡器的最大热负荷预计不超过700 W@80 K,要求低温系统冷却磁铁温度至85 K以下。低温波荡器低温系统采用过冷液氮闭循环迫流冷却的方式,对低温波荡器真空室内磁铁磁极阵列和真空内大梁进行冷却。根据热负荷估算情况,设计主循环流量为12 L/min,分为两条支路分布冷却低温波荡器内上下两排磁铁磁极阵列。根据循环流量对泵的热量、换热器换热能量、流经低温波荡器的液氮平均温度的影响,推导了液氮循环泵的调节策略。     

上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的设计

 开展了上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的结构和脉冲电源的技术设计,并进行了磁场分布和励磁电流波形的模拟计算。还给出了陶瓷真空盒镀膜的设计参数,提出了计算陶瓷真空盒镀膜接受同步光功率的公式,研究了防止镀膜和波纹管受到同步光照射的机械布局设计。     

真空盒对二极铁场均匀性影响的研究

通过计算机模拟计算与实验相结合,讨论了真空盒磁导率对二极磁铁磁场分布的影响.结果表明当真空盒磁导率μr≠1时,真空盒将影响磁铁磁场分布,在磁场均匀性要求很高时,必须考虑真空盒的材料与尺寸对磁场均匀性的影响.     

磁悬外置式真空不能传声实验装置

利用密闭注射器得到近似真空的环境,设计了简易真空不能传声实验装置.该装置利用同极磁铁相互排斥原理,使发声体悬浮,并将接收声音的装置放在发声系统外部,避免了容器本身传递声音.     

The Magnetic Field Distributions and Beam Propagation Properties of the Hybrid Coaxial Wiggler

In this paper a novel coaxial wiggler, the hybrid coaxial wiggler, is proposed. The analytical formula for magnetic field of the wiggler is derived, and the beam propagation properties are investigated numerically. The results show that the hybrid coaxial wiggler is scalable to small periods with high field amplitude, high beam current acceptance, and excellent transverse focusing properties.     

Sm2Co17 magnet blocks for the in-vacuum undulators (IVU20) at the SSRF

The design and development status of Sm<,2>Co<,17> magnet blocks for two in-vacuum undulators (IVU20) at the SSRF with the same hybrid design has been described. By the technological improvement of some processes and comparison with the experimental Sm<,2>Co<,17> magnet blocks for the IVU25A, magnetic properties such as the intrinsic coercive force H<,ci> and the average magnetic moment M are increased, the bend point magnetic field H<,k> value and pass rate are significantly increased, and the magnetic field uniformity of the magnet blocks are significantly improved. The basic developmental method of high uniformity Sm<,2>Co<,17> magnet blocks for IVU20 is presented. The magnetic field qualities of the magnet blocks, including the magnetic property, the magnetic moment distribution, the magnetization deviation angle and the magnetic field uniformity, basically satisfy the specifications of the two IVU20 in-vacuum undulators.     

Electron acceleration in the inverse free electron laser with a helical wiggler by axial magnetic field and ion-channel guiding

Electron acceleration in the inverse free electron laser (IFEL) with a helical wiggler in the presence of ion-channel guiding and axial magnetic field is investigated in this article. The effects of tapering wiggler amplitude and axial magnetic field are calculated for the electron acceleration. In free electron lasers, electron beams lose energy through radiation while in IFEL electron beams gain energy from the laser. The equation of electron motion and the equation of energy exchange between a single electron and electromagnetic waves are derived and then solved numerically using the fourth order Runge-Kutta method. The tapering effects of a wiggler magnetic field on electron acceleration are investigated and the results show that the electron acceleration increases in the case of a tapered wiggler magnetic field with a proper taper constant.     

磁场预增强的锥型波荡器

研究了波荡器磁场增强对提高自由电子激光器效率的影响。模拟计算发现采用磁场增强波荡器能使自由电子激光器的效率提高到１７．６％，采用磁场预先增强而后又增弱的锥型波荡器则能获得高达４３．３￥的输出效率，自由电子激光器的功率得到进一步的提高。     

圆柱螺旋电磁Wiggler的场形分析

 利用载流圆柱螺旋线系统内部的磁标势满足的Laplace方程, 以及系统磁矢势的积分形式, 定出Laplace方程通解的未知系数, 求得左(右)旋单绕圆柱螺旋线的磁标势。应用磁场的叠加原理以及积分法, 给出了各种类型如双绕、双双绕、交叉绕等螺旋形Wiggler的场形分布公式。     

Plasma Induced Wiggler Magnetic Field in a Cavity

The transformation of an elliptically polarized standing wave in a cavity by a suddenly and uniformly created plasma is discussed. Theoretical expressions for the plasma induced wiggler magnetic field as well as the frequency-upshifted standing wave are derived. By choosing appropriate values of the source wave parameters and plasma parameters, one can get wiggler magnetic field of desired magnitude, direction and wiggler wavelength. A few representative results are discussed.     

在同步辐射装置中配置电流扭摆器的建议

提出了第三代同步辐射光源中的低温超导电流扭摆器和室温水冷电流扭摆器的物理设计方案。文中还讨论了电流扭摆器内腔中的磁场的分布特性，测量方法和电流扭摆器的制造技术的可行性。     

左右旋双双绕螺旋线线极化摇摆器的磁场分布及束流传输

给出了双双绕螺旋线线极化Wiggler轴线上磁场的积分表达式,以此公式数字模拟此装置端口区的磁场分布,并进行了实验测定,结果表明,端口区磁场峰值突变和对称性均比圆极化好。另一方面,用洛仑兹运动方程,考虑了电子束空间电荷效应,证明此装置对电子束传输有自聚焦能力,给出了电子运动方程,电子束流与Wiggler峰值磁场的关系,数字模拟电子束运动轨迹也表明,此装置能自聚焦传输电子束,有希望应用于线极化自由电子激光实验中。     

线极化摇摆场中的束流动力学

对线极化摇摆场中,在有引导磁场或四极磁场时的电子轨迹特性、束流包络特性进行了解析分析和数值分析,推得了线极化摇摆场中的梯度漂移解析表达式,借助于Bogoliubov的非线性渐近法和奇异摄动法得到的解析分析结果与数值分析结果很好地吻合。