CAEP自由电子激光摇摆器的改进

摇摆器是自由电子激光研究中的重要组成部分，它的性能好坏将直接决定电子束与光场相互作用的效率。理论和实验表明，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，据此对摇摆器做出如下修改：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；永磁块、磁极的形状和固定方式改变。通过上述改变可以提高摇摆器磁场强度、提高增益，以提高整个摇摆器品质。     

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。     

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％。     

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％。     

远红外FEL摇摆器的改进及调试

摇摆器是相对论性电子束与光场相互作用的区域，在FEL研究中起着至关重要的作用。在电子束品质(能散、发射度、流强等)一定的情况下，摇摆器的性能参数，如峰值场强、峰峰值误差、好场区大小等就基本决定了FEL增益。中物院远红外。FEL摇摆器由于受使用寿命及国内加工水平不够等因素影响，其整体性能在使用3年后发生了较大变化，已不能再满足下一阶段FEL受激辐射研究的需要。概括起来有以下5点：峰值场强的设计值为0．3000T，研制完成时的实际值约为0．2900T，现已下降至0．27T。峰值场强的下降不但会引起总体设计波长的漂移，而且会导致FEL小信号增益的下降；研制完成时的峰峰值误差为1．4％，现在的最好状态为2．5％。峰峰值误差过大将导致FEL谱线展宽，     

20MW速调管调制器研制

3～8gm自由电子激光（FEL）实验系统主要由光阴极注入器、RF驻波加速腔、磁脉冲压缩、永磁摇摆器、光纤谐振腔和单一微波源系统组成。主要工作过程是：由光阴极产生微脉冲电流为30-50A的电子束团进入RF驻波加速腔加速到30MeV，再经磁脉冲压缩，得到更高微脉冲电流的电子束团，然后该束团进入摇摆器和光学谐振腔得到FEL增益放大。     

混合型波荡器的研制

介绍一台１．５ｍ的混合型波荡器（ＵＮＤＵＬＡＴＯＲ）的研制，包括设计、磁块的优化组合、磁场测量系统和磁场调整技术。这台波荡器主要用于中红外自由电子激光的研究，其磁场峰值均方根误差０．５％，磁场导向误差１ｍＴ·ｃｍ，电子轨迹偏离０．０３ｍｍ。     

用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化

 纯永磁波荡器由多个磁块组成,磁块的剩磁离散性会引起波荡器磁场误差,从而影响储存环工作状态和自发辐射谱质量。在波荡器磁块安装之前,使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,可以使峰值场强误差降低到10 ^-4量级以下,磁场一次积分降低到10^-6 T·m量级,二次积分降低到10 ^-6 T·m ²量级,优化结果不依赖于初始状态的选择。给出优化的详细过程,提出了根据磁块剩磁快速计算波荡器峰值场强误差和积分场的方法。     

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。     

高功率光隔离器永磁系统的理论研究与优化

基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统,分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响,研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明:通过引入斜向磁化永磁体,选择合适的磁化角度和磁体长度,可以提高永磁体的磁场强度,大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度;受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关,当晶体长度一定时,减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5mm、磁光晶体半径5mm时,对应的隔离度分别为105.8dB和45.4dB。     

大型FFAG磁铁的2维POISSON设计

 为减小边缘场效应，大型固定磁场交变梯度（FFAG）磁铁的磁场分布由修整线圈和磁极形状两者共同来实现。通过2维POISSON模拟计算，确定了修整线圈电流和位置的分布以及磁极形状, 得到了局域磁场梯度指数与设计值之间的最大差异只有0.5％的磁场分布。为提高POISSON模拟计算的效率，POISSON输入文件中有关线圈电流和位置、磁极形状的输入和调整由程序自动完成。     

30cm口径离子推力器磁场设计

为了对30cm口径离子推力器的磁场设计提出合理建议,研究了四极磁场结构下,不同尺寸的磁极宽度和磁极间距对磁极表面磁场强度和放电室电子约束长度的影响,并利用Maxwell-3D磁场分析软件得到柱段和锥段永磁体分别呈30°,60°和90°夹角时的放电室磁场强度分布,根据不同磁场强度计算了电子温度、离子密度以及电离率等推力器放电参数。结果表明,当推力器放电电压为30V时,磁极长度设计为0.008m且磁极间距取为0.12m,电子约束路径大约为50m;柱段和锥段永磁体分别呈30°,60°和90°夹角时,放电室磁场等势线基本在0.002~0.005T之间;永磁体夹角为60°时磁场分布和磁空区相比30°和90°夹角更为合理,此时的电子温度约在2~6eV,等离子体密度约在4×1017~8×1017 m-3,电子碰撞频率比率约在0.2~1.8范围内。     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

远红外自由电子激光装置束流传输线的设计与整体数值模拟

提出了ＣＡＥＰ（中国工程物理研究院）远红外自由电子激光装置束流传输线的设计，给出了各元件的设计参数，并进行了束流传输整体数值模拟，最后得到摇摆器入口处电子束团的主要参数：能量２ＭｅＶ，峰值电流１７Ａ，脉冲宽度１４ｐｓ（ＦＷＨＭ），束归一化发时度１４πｍｍ·ｍｒａｄ（水平）和５πｍｍ·ｍｒａｄ（垂直），束团整体能散度１．２７％，束归一化亮度５×１０￣（１０）Ａ／ｍ￣２·ｒａｄ￣２。整体数值模拟结果表明：电子束品质完全满足摇摆器的要求。     

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：     

利用霍尔元件测永磁材料的静态特征

利用霍尔元件测永磁材料的静态特征石环英，石琳（长沙铁道学院４１００７５）（湖南大学）在大学物理实验中有一利用霍尔效应测永磁材料磁场的实验，测量Ｃ型电磁铁空隙中的磁感应强度．本人以此实验为基础，设计了一种利用霍尔元件测永磁材料静态磁特性的设备．一、实验...     

脉冲展宽分幅相机的磁聚焦时间弥散和畸变

模拟相机磁场分布和光电子运动轨迹,建立传输时间和距离的二维分布模型,分析磁聚焦时间弥散和畸变的成因及其降低方法。研究结果表明,时间弥散和畸变与物点(即阴极位置)沿轴磁场强度密切相关,并随物点离轴距离的增大而变大,通过适当提升轴对称磁场均匀性可降低磁聚焦时间弥散和畸变。当漏磁缝隙由4 mm扩宽至40 mm时,轴上与离轴30 mm物点的沿轴磁场强度峰值比由0.82提高到0.89,时间弥散由127 fs和435 fs分别减小至120.6 fs和378.4 fs,离轴30 mm物点的时间畸变率由4.61%下降至4.01%。     

上海深紫外自由电子激光波荡器的端部磁结构设计

 针对固定间隙的上海深紫外自由电子激光（SDUV-FEL）混合型波荡器的端部,用Radia程序进行了模拟计算。在端部不加任何电磁线圈补偿的情况下,通过减小端部磁铁、磁极的体积和变动端部磁极位置的方法对波荡器磁场进行了优化,优化以后波荡器横向磁场的边缘场强度降到5×10^-4 T（距离端部磁块边缘10 mm处）,边缘场波形没有了明显突起,优化后的横向磁场的一次积分曲线和二次积分曲线都有很大改善,端口处的一次积分值、二次积分值接近于零。     

简易180°聚焦β谱仪

本文描述一台简易的180°聚焦β谱仪。谱仪的电子运动轨道平均半径是100mm,谱仪的均匀磁场是由单轭磁铁所产生的。D形真空室高70mm,利用磁极面作为底盖,用橡皮垫圈密封,谱仪的磁场测量采用“零点测磁仪”,测磁仪的心脏部分是一个偏心地安装在张紧的钨丝上的小的测量线圈,要使线圈在磁场中保持某一特定方向,就得使通过线圈的电流随着磁场的变化而作相应的改变,使得电磁作用所产生的力短和作用于线圈的机械力矩相平衡。因为重力矩固定不变,通过线圈电流的大小将和磁场强度成反比,测量所得电流读数可以作为磁场强度的度量,包括磁场测量在内谱仪测量总的线性和重复性都在0.1％左右。经过调整和改进以后,谱仪目前的最好的分辨率是0.7％,那是利用源宽0.8mm的Hg¹⁹⁸K内转换谱线测得的。对于源宽2mm的Ba¹³⁷K内转换谱线我们测得的谱仪分辨率是0.9％。谱仪的主要优点在于它的简易。     

周期永磁聚焦电子注性能计算机模拟

 使用全三维电磁场粒子模拟程序MAFIA建立了行波管周期永磁聚焦系统模型，计算了磁系统中的磁场分布和静态电子注传输特性。分析了周期永磁系统聚焦电子注传输特性，并重点讨论了磁场强度、磁场端部效应和横向速度分布对电子注聚焦性能的影响。为周期永磁聚焦系统的工程设计和优化提供了有价值的模拟结果。