强流电子束聚焦数值模拟

采用粒子模拟（PIC）方法模拟了强流电子束在薄磁透镜中的聚焦。建立了强流电子束的聚焦模型,模拟了神龙一号加速器某次实验的结果,得到的模拟结果非常接近实验值,证明采用建立的PIC模型模拟强流束经过磁透镜时的聚焦是可信的。应用此模型模拟了电子束参数（入射半径、发射度、能散度、相位角等）对焦斑直径的影响, 结果表明:在模拟条件下,电子束平行入射时最佳束包络半径位于20.0~22.5 mm;发射度和能散度对焦斑直径的影响和理论公式吻合得较好;只有入射电子束包络半径和相位角匹配时才能得到小的焦斑直径。     

光发射模块的实现及直线感应加速器注入器的模拟

本文研究开发直线感应加速器的光发射模块,并验证该模块的正确性.首先建立光发射模型,该模型确立阴极参数和入射激光与宏粒子初始值间的关系,并将该模型实现到代码中;其次,根据实验参数建立注入器模型,模拟光阴极的发射过程;最后,将模拟结果与实验结果比较,发现模拟的发射电流与实验电流吻合,发射度与理论分析一致,验证了模拟的正确性.     

电子束发射度变化的解析估计

本文使用一般包络方程理论推导出轴对称电子束在傍轴近似下的稳态传输过程中的发射度变化公式。结果表明电子束发射度变化与引导磁场及离子通道电场无直接关系,而仅仅与电子束分布的变化有关;发射度变化的本质是电子束的静电势能和横向运动的动能之间的转换。本文的解析结果与数值模拟结果符合得相当好。本文还定性讨论了电子束平均正则角动量对发射度变化的影响。     

束流发射度对太赫兹微电真空折叠波导行波管性能的影响

采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345 GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决定着聚焦磁场的选取设计, 是表征太赫兹频段束流品质的一个重要参量。     

射频腔光阴极注入器发射度研究

 在激光驱动的光阴极注入器产生的高亮度电子束中，空间电荷引起发射度的增长。分析了射频腔中引起发射度增长的因素以及解决这个问题的办法——在射频腔的阴极附近加一个螺旋聚焦磁场进行补偿，也给出了补偿后电子束的发射度并和数值模拟结果进行比较，实验测试表明，所得结果比较符合。     

三维PIC数值模拟中二次发射的实现

探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论,介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式,编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块, 建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次电子发射系数及非弹性背散射电子的能量分布等主要参数与理论值一致,验证了模拟过程的正确性。     

合肥储存环谐波超辐射自由电子激光的数值计算

 采用数值模拟的方法，结合合肥同步辐射自由电子激光的实际参数，并考虑了三维空间效应及束流能散度、发射度等影响，计算了电子束的能量调制、密度调制及谐波超辐射等物理过程。     

强流低发射度光阴极微波电子枪的优化设计

为了实现高增益 FEL,对其关键部件光阴极微波电子枪进行了优化设计 ,还就发射度补偿技术进行了较详细的考虑 ,并用 PARMELA程序进行了粒子动力学的模拟 ,初步给出了为降低初始电子束团横向发射度的优化参数。     

自由电子激光振荡器的三维数值模拟

仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的３－Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下，当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。     

CFEL混合型波荡器的研制

波荡器是相对论性电子束与光场换能的区域，在自由电子激光（FEL）研究中起着至关重要的作用。当电子束品质（能散、发射度、流强等）一定的情况下，波荡器的性能参数，如峰值场强、好场区大小等将直接决定FEL增益。     

Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析

 根据Corkscrew运动的特征，建立了束心Corkscrew运动及其对束流发射度的影响的理论模型，并进行了数值计算，揭示了束心Corkscrew运动造成束流积分发射度增长的一般规律，分析了有关参数对积分发射度的影响。计算结果显示，束心Corkscrew运动是叠加在束心平均偏轴上的一种横向运动，同时也是一种色散效应。虽然束心Corkscrew运动与束心平均偏轴具有很多相同的激励因素，但二者具有截然不同的机理。束流的能散度和初始入射角是Corkscrew运动的两个基本因素，而传输磁场、线圈磁轴倾斜及线圈安装方式对Corkscrew运动的幅度和频率构成较大的影响，并引起束流发射度的增长。只要存在初始入射角、初始入射偏轴或线圈磁轴倾斜中的任何一种因素，就会出现束心偏轴。在数值分析的基础上，针对减小束心Corkscrew运动和束轴的偏心提出了相应的抑制措施。     

粒子束团状态对测量束流发射度及能量的影响

为了验证国产质子注入器的参数是否满足需求,注入器团队设计了束流测量系统用于测量国产质子直线注入器束流的流强、发射度、能量以及能散等关键指标。此测量系统包含了采用变聚焦法测量发散度、采用分析磁铁测量束流能量和能散的主要功能。利用束流输运线设计软件Tracewin(版本2.11.4.1)进行了系统束线的物理设计,对束测系统测量质子束流的发散度和能量的精度进行了模拟计算。由于经过RFQ-(APF)DTL加速后的粒子束团为“拖尾”的非理想粒子束团,需要针对非理想束团对束测系统测量发射度和能量产生的影响进行分析。通过对模拟计算结果的分析,发现相对于测量理想粒子束团的结果非理想粒子束团对束测系统测量发射度精度影响较大;非理想粒子束团对束测系统测量能量精度影响较小。     

Numerical simulation and design of a thermionic electron gun

This paper reports the simulation of an electron gun. The effects on the beam quality of some parameters on the beam quality were studied and optimal choices were identified. It gives numerical beam qualities for a common electrostatic triode gun, and the dependencies on design parameters such as electrode geometries and bias voltages to these electrodes are shown. An electron beam of diameter 5 mm with energy of 5 ke V was assumed for the simulation process. Some design parameters were identified as variable parameters in the presence of space charge.These parameters are the inclination angle of emission electrode, the applied voltage to the focusing electrode, the gap width between the emission electrode and the focusing electrode and the diameter of the focusing electrode. The triode extraction system is designed and optimized by using CST software(for Particle Beam Simulations). The physical design of the extraction system is given in this paper. From the simulation results, it is concluded that the inclination angle of the emission electrode is optimized at 22.5?, the applied voltage to the focusing electrode was optimized and found to be Vfoc =-600 V, the optimal separation distance(gap between emission electrode and focusing electrode) is 4 mm, and the optimal diameter of the emission electrode is 14 mm. Initial results for these efforts aimed at emittance improvement are also given.     

混频＋m腔微波电子枪束流动力学特性

为了使自由电子激光器的电子束注入器具有小的能散，小的横向发射度、高的亮度，本文提出在　腔的微波电子枪中采用混频腔技术，并用解析方法研究了混频加速的　腔方案的动力学特性，所导出的表达式说明此方案能改善束流的纵向和横向粒子动力学性能；为了对比，还借助于ＰＡＲＭＥＬＡ程序对此方案进行了束流动力学模拟，结论与导出的解析表达式结果一致．     

曙光一号自由电子激光自发辐射放大的理论计算

曙光一号自由电子激光装置用自发辐射放大(ASE)机理,在毫米波波段测得了数百毫瓦的光信号输出。利用三维WAGFEL程序,结合曙光一号直线感应加速器型自由电子激光放大器参数,详细地分析了自发辐射放大的增益、输出功率随电子束的质量(包括束流能散度、流强、发射度等因素)的变化情况,给出了相应的定标关系;并且考察了摇摆场随机误差对自发辐射放大功率的影响。最后对自发辐射放大的实验结果进行了分析。     

全三维35 GHz双阳极磁控注入式电子枪数值模拟研究

基于trade-off平衡方程组得到35GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数,通过编程对其主要参数进行优化设计,并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究,最终获得了具有横纵速度比为1.5,最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪,能够很好地满足35GHz-100kW回旋振荡管对电子束的要求。     

北京大学ERL装置交汇段的研究与设计

 在交汇段设计理论的基础上，针对北京大学ERL的具体情况，对交汇段的束流传输结构进行了优化设计，通过模拟得到了满足要求的一组设计参数；研究了空间电荷效应以及相干同步辐射对束流发射度、能散及包络的影响。结果表明：空间电荷效应对发射度影响不大，但对束流包络影响较明显；相干同步辐射引起的发射度增长及能散较小，且不影响束流包络。     

电子束参量对轫致辐射照射量角分布的影响

本文研究了电子束半径,发射度及能量等参量对闪光X射线照射量在1m处角分布的影响。求得了使中心照射量最大,束半径与发射度之间应满足的拟合关系,表明了电子束能量越高,发射度越小,那么中心照射量就越大,照射量的空间分布就越理想。对电子细束入射位置和入射方向使用了解析法和随机抽样法求出,两种方法的数值计算所得的照射量分布符合得比较好。     

四程放大系统时间平顶脉冲的能量离散

 针对光学元件参数存在随机误差的多光束高功率固体激光驱动器,利用概率与统计的方法模拟计算了9-6排布四程放大系统输出时间宽度为1ns和13ns的平顶脉冲时主放大器输出的基频光的能量离散情况。计算结果表明,当激光脉冲工作在介质的线性放大区时,输出脉冲的能量离散度较大;而当激光脉冲工作在介质的深度饱和区时,输出脉冲的能量离散度较小。利用放大器的这一性质,可以通过增加注入能量的方法使激光器工作在更深的饱和状态,从而减小输出脉冲的能量离散度。