3.3MeV直线感应加速器的设计和性能

综述3.3MeV直线感应加速器(LIA)的物理工程概貌和束流特性参数测量。所测数据均达到或超过了设计指标。并已成功地做为曙光一号自由电子激光器出光实验的电子束源。目前,拟串接更多的加速组元使加速器的电子束能量达到10MeV,以便同时用于自由电子激光研究和闪光X射线照相。     

高品质激光尾波场电子加速器

激光尾波场电子加速的加速梯度相比于传统直线加速器高了3—4个量级,对于小型化粒子加速器与辐射源的研制具有重要的意义,成为当今国内外的研究热点.台式化辐射源应用需求的提高,特别是自由电子激光装置的快速发展,对电子束流品质提出了更高的要求,激光尾波场电子加速的束流品质和稳定性是目前实现新型辐射源的首要障碍.本文归纳整理了中国科学院上海光学精密机械研究所电子加速研究团队十年来在研制台式化激光尾波场电子加速器过程中采取的方案和取得的进展.例如率先提出了注入级和加速级分离的级联加速方案,通过实验获得了GeV量级的电子束能量;基于级联加速方式利用能量啁啾控制,实验获得世界最高品质的电子束流;通过优化激光系统稳定性和特殊的气体喷流结构,获得稳定的高品质电子束流输出等.这一系列实验结果有利于进一步推进激光尾波场电子加速器的应用.     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。     

自由电子激光的预群聚

研究了自由电子激光预群聚产生的辐射,表明预群聚不仅可以提高效率而且使低增益得到增强,从而在理论上解释了由射频直线加速器驱动的自由电子激光预群聚器(prebuncher)的作用。同时还指出,预群聚有在不增加电子束能量情况下缩短激光波长和降低对电子束质量要求等作用。     

光阴极注入器型能量回收射频加速器

 光阴极注入器型能量回收射频加速器（PERL）是新一代加速器，在高平均功率自由电子激光和下一代高亮度光源等研究中有很好的应用前景。分析了PERL的强流与高平均功率特性，对注入器输出束流品质的要求及光阴极注入器、超导加速腔等关键技术进行了研究，设计分析了一种特殊结构的高压DC Gun光阴极注入器，能有效地提高DC加速腔中的加速场强，当高压为1MV和加速场达到10MV/m时，产生的电子束流能够基本满足PERL应用要求。同一超导加速段中的束流加速和能量回收的数值模拟计算结果表明，能获得高效率电子束流能量回收效果。     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

基于能量回收技术的光源——ERL光源

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状,最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。     

100微米自由电子激光研究进展

自由电子激光器（FEL）是一种将相对论性电子的动能变换成电磁辐射的装置。电子束和电磁波沿摇摆器在同一直线上传输，摇摆器使电子产生横向的速度分量，实现电子和辐射场之间的能量交换。从电子束抽取的动能转换成电磁辐射，辐射的波长决定于电子束的能量和摇摆器参数。FEL具有波长连续可调、可获得高功率和光束品质好等优点，在军事上和基础科学研究中有很好的应用前景，美国、日本以及一些欧洲国家对自由电子激光的研究极为重视，并得到了很好的成果。2004年7月美国的JLAB实验室获得了10kW的自由电子激光，使人们对自由电子激光在激光武器中的定位进行了重新思考，从而掀起了又一轮世界范围内的自由电子激光研究热潮。     

皮秒微脉冲电子束团诊断

介绍一种基于皮秒扫描相机的微脉冲电子束团诊断系统和实验方法。该系统具有很高的灵敏度、皮秒的时间分辨能力和机动灵活的特点,满足射频直线加速器和储存环上电子束团诊断的要求。在我国,我们首次利用该类系统测量了北京正负电子对撞机(BEPC)储存环中脉冲电子束团的波形和初步测量了北京自由电子激光装置射频直线加速器的微脉冲电子束团的时间分布。     

超高增益的微型自由电子激光器

我们研究了自由电子激光的增益特征,发现一类具有超高增益的微型自由电子激光器,这类激光器位于远红外谱区,它由具有高质量电子束的射频直线加速器,微型摇摆器和毛细波导管组成。     

L波段射频加速器电子束微脉冲诊断

 利用切伦柯夫辐射的瞬时发光机理，把相对论电子束打在熔石英靶片上转化为可见光，再用皮秒扫描相机进行测量，就可得到射频直线加速器皮秒电子束微脉冲的峰值电流及微脉冲束团。采用该方法，对L波段射频直线加速器的电子束微脉冲宽度和束团结构进行了诊断。由此构建了一套加速器电子束微脉冲的在线测量系统，该系统对调整加速器工作状态、提高束流品质使之适应自由电子激光要求起到了重要作用。     

褶皱管束流能量稳定器(英文)

输出脉冲稳定性的需求对驱动自由电子激光产生的电子直线加速器装置束流稳定性提出了严格的要求,包括电子束平均能量、峰值流强、束团到达时间抖动和横向位置抖动等参数。基于正在建设的大连相干光源用户装置,探讨了最近提出的褶皱管用作能量稳定器的可行性。采用解析计算和数值模拟结合的方法,结合大连相干光源直线加速器的设计,在设计参数条件下能量稳定性至少提升10%。同时提供了褶皱管尾场设计的一般步骤。     

用于FEL-THz电子束测量的LW系统北大核心CSCD

基于汤姆逊背散射的激光丝扫描(LW)方法作为无阻拦电子横向尺寸测量手段,近年来广泛应用于高能对撞机和能量回收环直线加速器。为在连续模式下测量高平均功率相干强太赫兹源的直流光阴极电子枪(DC-gun)电子束横向束斑,本文提出了一种基于驱动激光器分束的高重复频率,较低脉冲功率的新型LW系统。通过理论及模拟分析,证明该系统相对于常规LW系统具有成本低、精度高、探测时间短、对电子束影响小的优势,并给出了用于自由电子激光太赫兹(FEL-THz)装置DC-gun出口电子束LW系统的实验设计。     

束流传输管道孔径变化引起的束团场能差

由直线加速器提供的用于自由电子激光(FEL)的电子束团,在其传输过程中常会遇到传输管道孔径变化的情况.本文在电荷密度均匀分布假定下,应用直线加速器中空间电荷束团的有限长柱模型,推导得到了束流传输管道孔径变化引起的束团场能变化及场能差公式.数值计算结果表明,它与国外以往所采用的以连续束流来代表直线加速器中电荷束团而得到的结果,有很大的差别,并且是更符合直线加速器中的电荷束团的实际情况,因而是更精确和可靠的.     

皮秒扫描相机在加速器研究中的应用──监测电子束团的纵向分布

本文描述了一台基于皮秒扫描机机的电子束团纵向分布(电子束团长度)测试系统,报道了应用这套系统在中科院高能物理所北京自由电子激光装置(BFFL)S波段射频直线加速器、正负电子对撞机(BEPC)和中国原子能科学研究院L波段注入器(LBINJ)上开展的测量工作.     

自由电子激光器

<正> 一、自由电子激光器的特点自由电子激光器是一种新型激光器。它的基本特点是:不需要气体、液体或固体作为工作物质,而是由高能电子束的能量转变为激光的能量,也可以说自由电子激光器的工作物质就是自由电子。它和已有的激光器比较起来,具有如下优点。     

BTF加速器物理设计

北京X射线自由电子激光试验装置(BTF)将“寄生”在BEPCⅡ直线注入器这一国内能量最高, 性能最好的电子直线加速器上.BTF将弃用现有直流枪予注入器, 采用光注入器(photoinjector)经低能输运线斜注入到BEPCⅡ直线加速器主加速器, 同时拆掉三节加速管以安装两级磁压缩器, 并在A46后拆掉二节加速管引出束流, 经高能输运线后进入波荡器.模拟结果表明改造后的直线加速器BTF电子能量可达1.18GeV、能散0.15%、归一化发射度小于2.5mm.mrad.     

BFEL电子束能量的调节

自由电子激光(FEL)相比于传统激光最大的优点之一便是能够较大范围、连续调节输出激光的波长. 通常, 较大范围调节FEL波长的方法是调节电子束的能量. 通过对BFEL进行大量的模拟计算, 重点讨论了其在保持电子束优良性能的前提下, 大范围调节电子束能量的方法, 包括：改变加速管的加速梯度、调整电子束的加速相位以及改变电子束的流强等.     

曙光一号自由电子激光装置的设计研究

曙光一号自由电子激光装置(SG-1 FEL)是一台高功率毫米波段自由电子激光放大器,它由3.5MeV直线感应加速器、电子束调制系统、变参数摇摆器和微波种子源等部件组成。本文扼要叙述了SG-1 FEL的物理设计和主要技术参数,并重点分析了各主要部件的实验研究、计算模拟,以及物理设计和结构的特点。     

X射线自由电子激光

X射线自由电子激光是一种基于电子直线加速器的大型科学研究装置,可以产生超高亮度、超短脉冲、波长可调的相干X射线辐射,在物理、化学、材料、生命科学等诸多领域都有非常广泛和极为重要的应用。文章介绍了X射线自由电子激光的基本原理、运行模式、发展历程、国内外X射线自由电子激光大科学装置的发展态势以及近年来我国X射线自由电子激光装置的现状。