电磁铁摇摆器磁场的二维数值计算

本文根据泊松方程用数值计算给出了电磁铁摇摆器的二维磁场分布,定量地讨论了磁极形状、磁隙大小、周期长短和电流大小等因素对峰值磁场强度的影响,重点讨论了如何根据二维磁场分布选择磁极形状才能提高峰值磁场强度和抑制磁饱和的问题。将计算的二维磁场分布和摇摆器磁场的理想波形相比较,可以帮助我们确定进入摇摆器的束流半径应该控制的范围。在对电磁铁摇摆器磁场二维数值计算的基础上,还探讨了适用ATA电子束的PALADIN摇摆器用于ETA电子束带来的结构设计和材料选择等问题。     

六层加侧混合型摇摆器磁场的理论计算与数值模拟

 利用文献[1，2]给出的结果，提供了六层加侧混合型摇摆器中永磁体磁场的计算公式和软铁磁场计算的积分方程式。对周期长度lw =1.6cm，磁极间隙g=0.5cm的情况，计算了单向聚焦和双向聚焦两种不同构形的磁场分布，并得到了g /lw =1/3条件下，峰值磁场Bw超过1特斯拉的设计指标。     

磁屏蔽式脉冲电磁铁摇摆器

通常的电磁铁摇摆器,由于相邻磁极间存在的边缘漏磁效应,很难在工作隙中提供足够高的磁感应强度,特别是在大间隙短周期的情况,其应用受到了严重的限制 。本文提出“磁屏蔽式脉冲电磁铁”的新概念,试图寻求一种既廉价又性能优良的摇摆器结构。目前的实验表明,这种磁屏蔽方法可使通常的脉冲电磁铁摇摆器的磁感应强度增大15％以上。     

六层加侧混合型摇摆器磁场的理论计算与数值模拟

利用文献［１，２］给出的结果，提供了六层加测混合型摇摆器中永磁体磁场的计算公式和软铁磁场计算的积分方程式．对周期长度λｗ＝１．６ｃｍ，磁极间隙ｇ＝０．５ｃｍ的情况，计算了单向聚焦和双向聚焦两种不同构形的磁场分布，并得到了ｇ／λｗ＝１／３条件下，峰值磁场Ｂｗ超过１特斯拉的设计指标。     

利用空气芯电磁铁产生周期会切磁场

给出了一种利用薄金属带构造的、能够产生周期会切磁场的空气芯电磁铁的设计方案,研究了该类型电磁铁产生周期会切磁场的规律。结果表明,通过增加电磁铁的周期长度,减小电子束通道的高度,或在金属带自身的电阻性发热所能承受的范围内增大金属带上传输电流的线密度,都可以提高电磁铁的励磁强度。增加电磁铁的周期长度,还可以提高周期磁场轴向分布的均匀性。     

永磁类直线阵列摇摆器的磁场计算与场形分析

从电磁场基本理论出发，导出了计算永磁体磁场的基本公式，在此基础上得出了二维和三维永磁体直线周期阵列摇摆器的磁场计算公式。对二维摇摆器进行了场形分析，得到了单组元永磁体直线阵列摇摆器磁场的解析表达式。用此表达式给出了六种典型的单元型摇摆器的场形公式。     

并行3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE的外加磁场模块设计

介绍了3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE中常用外加磁场加载模块的设计思路和方法,包括简单的磁场分布方程和离散数值加载、螺线管磁场加载、直线及螺旋线磁场分布加载、摇摆器磁场加载以及永磁体磁场加载等方式。每一类磁场加载模式都进行了实际算例的计算和验证,计算结果表明各类磁场加载模块设计的正确性和可靠性。最后针对具体应用,结合二极管电子束在不同外加引导磁场作用下的各种分布状态,间接验证了磁场模块设计的可行性。     

有限长直螺管内磁场的均匀性

有限长载流直螺管内轴线上磁场分布的不均匀性是熟知的。应用完全椭圆积分进行具体计算表明,螺管内磁场轴向分量沿半径方向有相当好的均匀性。     

强磁场混合型短周期摇摆器研究

对混合型短周期摇摆器磁场进行了解析求解,给出了与摇摆器周期、间隙、磁块性能、磁场尺寸以及磁极尺寸等相关的二维解析表达式。根据该公式,作者讨论了混合型短周期摇摆器产生强磁场的潜在能力,提出了一系列改进方法,并分别进行了模型实验,实验结果与理论分析相符合。目前,在1cm周期、5mm间隙的短周期摇摆器模型试验中,中心轴峰值磁感应强度已达到0.45T。另外,该短周期摇摆器可进行单磁场磁场调节,最大峰峰值磁场相对误差小于1％。     

一种高性能小周期摇摆器

介绍一种高性能小周期摇摆器的设计。采用槽型定位的分离状磁块,实现了磁场的半周期调节,对该摇摆器模型进行的测量表明,当摇摆器的周期λ_w=10mm,磁极间隙δ为5mm时,峰值磁场B_w=0.35T,磁场最大偏差δB_w/B_w<1.25％。     

曙光一号自由电子激光器束调节研究

简单介绍了曙光一号自由电子激光器实验布局．着重就束调节方案进行了数值模拟和实验研究，给出了束流调试结果,并进行了分析；当进入摇摆器的束流为950A，摇摆器磁场为0.31T，在摇摆器长度为2．4m的位置,获得了50MW的饱和功率，经变参数实验后输出功率提高到140MW．     

短波长自由电子激光器电子运动特性研究

短波长自由电子激光器的电子束在摇摆器中的传输通道长而狭窄, 须得电子具有良好的运动特性, 避免在传输过程中产生横向发散. 本文研究短波长自由电子激光器中超相对论电子在磁场具有横向分布的平面摇摆器中的三维运动特性, 用逐次逼近法推导相对论运动方程的解析表达式, 非线性数值计算模拟传输过程, 采用科尔莫 戈罗夫熵 方法分析运动的稳定性. 结果表明: 摇摆器磁场除使电子做周期性摇摆运动外, 还迭加了偏离轴线的横向漂移运动, 在没有外置的磁场聚焦系统情况下, 电子将偏离轴线横向发散; 但是, 恰当选取电子的横向初始速度, 可有效地防止电子运动的横向发散, 即使没有外置的磁场聚焦系统, 也能在长达10 m 的摇摆器中顺利传输, 横向位移范围不超过0.09 mm, 而且其运动是稳定的. 关键词： 短波长自由电子激光器 平面摇摆器 超相对论电子运动 运动稳定性     

磁场逐渐增强的摇摆器

研究了用磁场增强摇摆器来提高自由电子激光器效率的机制．采用KMR方程，考虑空间电荷效应，模拟计算发现自由电子激光器的效率有了很大的提高，而且电子束能散度越大，对提高自由电子激光器效率越有帮助．因此采用磁场增强摇摆器能充分利用加速器的能量来莸得更高的自由电子激光器能量 关键词：     

喇曼型无引导场自由电子激光实验

EPA-74脉冲线加速器二极管改用凹面聚焦阴极产生束流,从有栅网阳极孔引出后,通过磁透镜将束流注进长1.5m,周期长3.45cm的双绕螺旋摇摆器中,摇摆器磁场为1.25kGs时,进入摇摆器均匀区的束流为280A,传输到均匀区末端束流130A。实验得到130dB/m的增长率和辐射输出饱和现象,饱和功率7.6MW,效率5％。由波导色散线和微波量热计分别测得辐射频率为37GHz和辐射能量48mJ。辐射波模为TE_(11)圆波模。     

有限长螺线管磁场均匀性分布的理论分析和可视化研究

采用毕奥-萨伐尔定律,应用矢量叠加原理,具体讨论了长度为L=200 mm的螺线管的磁场分布.首先推导了单个圆形载流线圈的磁场在空间分布的积分公式,然后,利用Python软件求解绘制出了磁感应线,与经典物理教材进行了对比,验证了理论公式和数值计算的正确性.基于单个圆形载流线圈的结果,得到了有限长载流螺线管磁场全空间分布的理论公式,绘制了相应的磁感应线分布图,详细讨论了线圈匝数密度、螺线管长度对磁场空间分布均匀性的影响.发现匝数密度大于1000 m~(-1)时,螺线管在-74 mm≤z≤74 mm范围内的磁场可视为均匀磁场.本文的结果为大学物理和大学物理实验教学提供了可靠、直观清晰的素材.     

光学高速调管磁场测量和磁场误差分析

给出了储存环光学速调管磁场的测量结果，包括轴向分布、横向分布的均匀度以及积分场分布，分析了磁场分布的随机误差和系统误差，计算了积分多极的大小；讨论了非零积分场引起的闭轨畸变和对储存环工作点的影响。     

100μmFIR-FEL摇摆器的改进

经过几年实验发现，摇摆器的磁场强度、峰值误差和好场区宽度对束波作用效率有很大影响。为了提高摇摆器性能对摇摆器如下改进：（1）提高磁场强度：永磁块材料采用北京钢研院的钕铁硼N39SH，其风达到11．6kOe（10e≈79．578A／m），B，达到12．3kGs（1Gs=10^-4T），（BH）max为36MGOe；摇摆器周期长度由30mm改为32mm，磁块与磁极宽度的比值由9：6改为11：5；（2）减小峰值误差和增加好场区宽度：改进永磁块、磁极的形状和固定方式，从机械上消除不规则磁块、磁极形状带来的负面影响。通过上述改进可以提高单电子小信号增益与理想增益的比率，即提高整个摇摆器品质。精密的磁场自动测量系统是摇摆器调试过程中所必须的装置，该系统经过改进，具有高精度、高稳定度、可同时监测x、y、z方向磁场值、操作方便等优点，为摇摆器的研制打下良好基础。     

CAEP远红外100 μm FEL自发辐射谱的实验研究

在FEL实验中,电子束通过摇摆器,一方面由于周期性磁场作用,电子束轨迹要周期性的摆动,另一方面还要辐射同FEL辐射波长一致的自发辐射,该辐射谱反映电子束、摇摆器集成后的参数。在CAEP(Institute of China Academic Engineering Physics)远红外100 μm FEL实验中,自发辐射谱通过Ge∶Ga低温探头和远红外100 μm光栅谱仪测量。文章侧重从实际摇摆器磁场分析了远红外100 μm FEL的自发辐射谱。     

储存环光学速调管磁场分析

在合肥国家同步辐射实验室的储存环上，插入件光学速调管已安装完成，对光学速调管的磁场分布进行了一些附加测量，分析了横向磁场的空间谐波分量；测量了积分场的分布，对积分场变化的原因作了一定探讨。还测量了磁场横向分布的均匀度，为将要进行的相干辐射和自由电子激光研究提供实验数据；最后用实测的磁场对光学速调管自发辐射进行了数值模拟，结果表明这个光学速调管基本上满足实验要求。     

双—双绕螺旋线极化摇摆器磁场

本文提出了一种用双-双绕螺旋线圈实现线极化摇摆器磁场的新途径,给出了磁场的理论分析结果。对双-双绕螺旋线圈的磁场进行的实验测量所得结果与理论分析结果基本相符合