中国散裂中子源注入系统电切割磁铁物理设计

利用OPERA/TOSCA大型有限元分析软件对中国散裂中子源/快循环同步环（CSNS/RCS）注入系统的直流C型特种电切割磁铁进行了2维/3维磁场计算和设计,通过放置1 mm厚的DT4铁磁性屏蔽板,可将循环束流轨道上的边缘漏场比降低至2.610-4,大大减小了切割板外侧的边缘漏场对循环束流动力学的影响。另外,对该类型切割磁铁的线圈做了详细的水冷计算,以保证磁铁能在适当的温度下运行。结果表明,无论从物理上还是工程上,该类型磁铁完全可以满足CSNS/RCS注入系统物理设计以及长期稳定运行的要求。     

一种新型冲击磁铁的理论分析和模拟计算

在国际上已有的冲击磁铁方案不能完全满足BEPCⅡ储存环注入系统对冲击磁铁宽均匀场区、高均匀度和低束流阻抗的设计要求的情况下,提出了一种新型冲击磁铁的设计思想.理论分析和瞬态OPERA程序模拟计算的结果表明,在Δx=±20mm的范围内,中心平面上场的均匀性为±0.6%,y=5mm的平面上场的均匀性为±0.7%,y=10mm的平面上场的均匀性为±2.9%,均优于BEPCⅡ储存环注入对冲击磁铁的设计要求.MAFIA程序模拟计算的束流阻抗Z/n(eff)小于0.022Ω,小于设计要求的0.025Ω.     

BEPCⅡ冲击磁铁的设计和样机研制

由于BEPCⅡ储存环注入系统对冲击磁铁的设计要求比较高，国际上现有的两种低束流阻抗的冲击磁铁方案都不能完全满足其要求. 本文提出的一种新型冲击磁铁方案解决了BEPCⅡ冲击磁铁的设计难题，并且通过样机的成功研制，证明了这种方案对于BEPCⅡ来说是可行的，结构和工艺设计是合理的.     

Lambertson型切割磁铁漏场的3维模拟计算和优化设计

 Lambertson型切割磁铁的漏场对RCS中的束流运行有较大的影响，包括束流集体不稳定效应以及高阶共振效应，为了对该型磁铁进行优化，利用3维磁场模拟程序OPERA3D/TOSCA，对北京散裂中子源/快循环同步加速环（CSNS/RCS）引出Lambertson型切割磁铁进行了物理设计。通过对不同的磁铁设计方案进行3维模拟计算和优化发现，采用15 mm厚的切割板以及在屏蔽管出口处添加半径为200 mm、厚度为10 mm屏蔽帽的磁场屏蔽措施，将Lambertson型切割磁铁的横向漏场降低到主磁场的0.80‰（y方向）和0.36‰（x方向），可以满足CSNS/RCS环的束流动力学设计要求。     

环形正负电子对撞机注入引出分布参数型冲击磁铁设计

环形正负电子对撞机（CEPC）是一台周长100 km,最高能量为120 GeV的双环对撞机。为了满足不同能量粒子从增强器注入到对撞环,针对W和Z能量模式设计了对撞环离轴注入系统,用于实现束流的累积。为了提高注入效率,兼容不同注入能量,不同束流填充模式,同时尽可能减少注入过程中冲击磁铁对其它束团的扰动,要求对撞环离轴注入冲击磁铁系统是一个上升时间和下降时间小于200 ns,脉冲底宽调节范围为440～2420 ns的梯形波脉冲放电系统。和常见的集中参数型冲击磁铁相比,分布参数型冲击磁铁具有更优越的动态响应特性,适合产生一个前沿更加陡峭、波形更为理想的梯形波脉冲。根据CEPC的束流注入物理需求,完成了一台分布参数型冲击磁铁的物理设计和结构设计,并采用了PSpice和Opera程序进行模拟仿真。设计结果表明：冲击磁铁由26级LC单元结构叠装而成,磁铁总长为1018 mm,磁有效长度为942 mm;在[-20,20] mm磁铁孔径内,磁场强度为0.042 1 T,磁场均匀性优于±0.2%;冲击磁铁系统总上升时间（10%～90%）为193 ns,下降时间（90%～10%）为191 ns。理论分析、...     

利用直流辅助凸轨设计HLS注入系统研究

合肥同步光源的现有注入凸轨由3块冲击磁铁产生,不同的运行模式具有不同的凸轨.为了改变这种凸轨参数与储存环参数的相互依赖,提出采用集中布局的方案,即在注入长直线节形成注入局部凸轨.由于HLS的注入长直线节很短,需要冲击磁铁为束流提供较大的偏转角度.为此,本文研究了采用辅助直流凸轨的方案,以减小对冲击磁铁强度的要求,并分析该注入系统对储存环动力学孔径的改善.     

合肥光源储存环上八极磁铁的动力学效应分析

 为达到合肥光源二期工程通用模式的设计流强，在储存环上选择垂直方向β函数比较大的位置增加一组八极磁铁。该组八极磁铁对水平方向动力学孔径影响很小，虽然垂直方向动力学孔径明显减小，但仍然大于物理孔径，不会影响束流的注入积累过程。该组八极磁铁产生的垂直方向振荡频率分散可以提供ms量级的Landau阻尼时间，将明显增强抑制垂直方向束流集体不稳定性的能力。该组八极磁铁投入运行后，合肥光源注入积累过程明显改善，注入流强从无八极磁铁时的约100 mA提高到330 mA左右。     

SSRF储存环注入薄切割磁铁样机的设计和研制

基于上海同步辐射装置(SSRF)储存环注入系统的需要,在国内首次研制成功了一台涡流板型切割磁铁,其性能指标均达到设计要求,特别是漏场指标,达到了国际同类磁铁的先进水平.本文对切割磁铁设计和研制的关键技术进行了讨论,对切割磁铁的性能进行了测试,在此基础上对这类切割磁铁的设计和研制提出具有建设性的建议.     

用于微波电子枪注入器的α磁铁的设计和制造

本文给出用于北京自由电子激光器的微波电子枪注入器的α磁铁的物理参数和物理设计,并报告了磁场测量的结果:好场区范围13.3cm;场梯度均匀度1.5%.经模拟计算和束流实验证明,这块α铁的设计和制造满足了微波电子枪高亮度注入器的要求.     

非对称大角度矩形切割磁铁杂散磁场的影响

切割磁铁是环型加速器常用的注入引出元件之一, 其在非偏转方向上对束流的影响, 直接关系到注入引出束流的轨道匹配。 对大角度非对称矩形切割磁铁杂散磁场的影响进行了分析, 指出其在非偏转方向上对束流有一定的偏转量, 而且此偏转量是不可忽略的。 另外, 介绍了HIRFL CSR主环注入切割磁铁对注入轨道匹配的影响, 并提出了一种补偿方案, 进行了初步的补偿。 As important components, magnet septums are often used to separate beams inside and outside ring accelerators. If the septum has bending effect on non intended bending direction, it will influence orbit matching. The fringing field effects of non symmetrical large angle rectangular type septum is investigated in this paper. In some condition, the non intended bending can’t be neglected. One of the method to compensate the non intended bending of septum is introduced in CSRm injection line.     

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用中平面往复快速扫描6探针组观测HL-2A装置边缘等离子体的扰动特性。在一次放电中能测量到边缘等离子体参数的时空分布及其涨落量，雷诺胁强与极向流和带状流的关系，以及静电涨落驱动的粒子通量和热通量的径向变化。在多发弹丸注入(MPI)和多脉冲超声分子束注入(SMBI)条件下，研究了边缘参数的涨落和相关特性。实验结果表明：SMBI和MPI等注入手段改变了边缘的扰动特性；雷诺胁强的径向梯度可以驱动带状流，抑制湍流输运。     

HL-1M托卡马克边缘参数和雷诺胁强的径向分布

利用多组马赫/郎缪尔探针测量了HL-1M装置刮离层和边缘静电雷诺胁强，等离子体极向旋转，径向和极向电场的径向分布，在低杂波电流驱动，超声分子束注入，多发弹丸注入和中性束注入实验中，给出了雷诺胁强和极向流的关系。结果表明，由于雷诺胁强的径向变化，托卡马克等离子体可以自发地产生剪切极向流。     

HL-1M装置边缘参数测量

在HL－1M装置上利用马赫／郎缪尔探针分别在欧姆放电,低杂波注入,中性束注入,离子回旋加热和电子回旋加热等情况下测量下刮离层和等离子体边缘的极向流速度和电场,得到了它们的径向分布,研究了LHW,NBI,ICRH和ECRH对改善等离子体约束性能,边缘粒子的径向传输的影响。     

微透镜变化对半导体激光器光束匀化效果的影响

为了实现高均匀性的半导体激光器泵浦光源,研究了成像型光束积分器中微透镜的变化对泵浦光均匀性的影响。详细讨论了微透镜数值孔径与入射光束的角度匹配的问题。推导了高斯光束经成像型光束积分器的光场分布模型,分析了微透镜的边缘衍射对光斑均匀性的影响,明确了微透镜孔径大小的取值范围,并利用ZEMAX进行了系统仿真及实验验证。结果表明,经优化后的成像型光束积分器实现了不均匀性为8.11%的矩形光斑。     

Visualization of density structures in tokamak edge plasmas usinglithium beam fluorescence

To study the local behavior of the edge plasma density in the DIII-D tokamak, we image the collisionally induced fluorescence from an injected neutral lithium beam using a gated intensified charge-coupled device (CCD) camera coupled to a UNIX workstation. The goal of these experiments is to search for spatially coherent structures in the plasma edge density which may be transiently illuminated by the beam. In our imaging studies to date we have been able to follow the evolution of the edge density as the main plasma discharge progresses through various confinement states under intense neutral beam injection (NBI) heating     

AWG中波导间耦合造成的相位畸变的分析

用(1,1)阶Pad啨近似的广角BPM计算了阵列波导光栅(AWG)中由于阵列波导间耦合造成的相位畸变以及由于相位畸变引起的相位误差分别考虑了光从中心/非中心输入波导入射两种情况结果表明,波导间的耦合会造成显著的相位畸变,但由此引起的相位误差却很小,光从中心输入波导入射时对应的相位误差10-3rad,从非中心输入波导入射时的相位误差约为10-2rad针对波导阵列边缘效应引起的相位畸变,设计AWG结构时,在阵列部分两侧增加了边缘辅助波导结构,从而消除了边缘效应,使得边缘阵列波导对应的相位误差从10-1rad量级减小为10-3(10-2)rad量级.     

回旋管双阳极磁控注入枪的边界元法计算

 根据边界元法建立物理与数学模型,编制了计算磁控注入枪的程序。使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋行波管放大器的双阳极磁控注入枪,获得较好的模拟结果。并对电子注在不同工作电压和磁场下的质量进行了分析计算。计算表明,边界元法在分析回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。     

Generation of a submillisecond electron beam with a high-density current in a plasma-emitter diode under the conditions of open plasma boundary emission

The generation of a 250-μs-wide electron beam in a plasma-emitter diode is studied experimentally. A plasma was produced by a pulsed arc discharge in hydrogen. The electron beam is extracted from a circular emission hole 3.8 mm in diameter under open plasma boundary conditions. The beam accelerated in the diode gap enters into a drift space in the absence of an external magnetic field through a hole 4.1 mm in diameter made in the anode. The influence of electron current deposition at the edge of the anode hole on the beam’s maximum attainable current, above which the diode gap breaks down, is studied for different accelerating voltages and diode gaps. The role of processes occurring on the surface of the electrodes is shown. For an accelerating voltage of 32 kV, a mean emission current density of 130 A/cm² is achieved. The respective mean strength of the electric field in the acceleration gap is 140 kV/cm. Using the POISSON-2 software package, the numerical simulation of the diode performance is carried out and the shape of steady plasma emission boundaries in the cathode and anode holes is calculated. The influence of the density of the ion current from the anode plasma surface on the maximum attainable current of the electron beam is demonstrated.     

Calculation of the electron beam current in a vacuum diode with a magnetically insulated edge cathode

The current of a steady-state electron beam emitted from the magnetically insulated, finite-emissivity edge cathode of a two-electrode coaxial gun is calculated. The dependence of the emission current on the applied voltage is analyzed by solving a self-consistent problem. The field structure near the cathode edge is investigated, and its dependence on the current of the generated electron beam is determined.     

强场和弱场侧超声分子束注入对加料的影响

报道了HL-2A装置最新的实验结果,讨论并研究了超声分子束的注入位置对分子束在等离子体中的消融和穿透的影响,其中包括电离后的分子束粒子在磁场梯度作用和 E × B 漂移下的加速或减速及由此形成的冷通道效应.研究结果表明,磁场梯度和 E × B 漂移对于超声分子束的加料效果、消融和穿透有着重要的作用.强场侧注入可使电离后的电子和离子更深地进入等离子体芯部.这些研究对于更好地理解超声分子束与等离子体的相互作用和优化设计加料系统有一定作用.