储存环内电子冷却过程模拟

考虑储存环内离子的横向振荡和纵向振荡的运动特性,模拟了HIRFL-CSR内重离子束的电子冷却过程.给出了离子束的横向发射度和纵向动量散度随时间连续变化的图象,由此分析了电子束的空间电荷效应,冷却段色散函数和横向电子束温度对冷却过程快慢的影响.     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7～25 MeV/u同步加速到２00～1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高１个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。     

储存环内纵向Palmer方式随机冷却过程模拟

基于Fokker–Planck方程,模拟了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL–CSR)实验环内重离子束的Palmer方式纵向动量冷却过程,在模拟过程中,得到并应用使冷却达到最快的系统最优增益曲线.对模拟结果进行了讨论.     

HIRFL-CSR电子冷却束流位置测量系统

高效率的电子冷却过程, 要求电子束与离子束位置平行且重叠。 为了同时测量电子束与离子束的位置, 在HIRFL CSR电子冷却装置上研发了以容性圆筒形极板为感应电极的束流位置探测系统。 系统测量束流通过探针时产生的脉冲感应信号, 并进行傅里叶变换得到频谱信号, 分析4个不同电极上频谱信号强度获取束流的位置信息。 测量结果表明, 该束流位置探测系统测量准确, 为定量研究储存环离子累积和电子冷却过程与两种束流相对位置及角度的依赖关系提供了条件。 The efficient electron cooling requires that the ion beam and electron beam are parallel and overlapped. In order to measure the positions of ion beam and electron beam simultaneously, a beam position monitor system is developed for the HIRFL-CSR electron cooler device, which probe consists of four capacitive cylinder linear cut poles. One can get the both beam positions from the picking up signals of four poles by using Fourier transform(FFT) method. The measurement results show that the beam position monitor system is accurate. This system is suitable for investigating the relation between electron cooling processing and the angle of ion beam and electron beam.     

兰州重离子加速器冷却储存环束流累积研究

对兰州重离子加速器冷却储存环加速器主体的主要功能环——主环的束流累积方法和设计进行了研究 .为了使主环对不同种类的重离子束流都具有较强的累积能力 ,在设计时考虑采用电子冷却参与下的两种束流累积方法 :多次多圈注入和射频堆积 .对这两种方法 ,电子冷却的冷却时间都是将束流累积到高流强的关键因素. The beam accumulation methods of HIRFL CSR(Heavy Ion Research Facility of Lanzhou and Cooler Storage Rings) project were studied. Two accumulation methods will be adopted to increase the beam intensity of CSRm. For both multiple multi turn injection method and RF stacking method, electron cooling of beam plays an important role.     

兰州冷却环总体设计

兰州重离子冷却环CSR是兰州重离子加速器研究装置HRRFL的一项升级工程, 是一个双冷却储存环系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成. 从HIRFL回旋加速器系统来的重离子束, 首先注入到主环CSRm中进行累积冷却, 然后加速到较高的能量引出打初级靶产生放射线次级束RIBs或高离化重离子束, 这些次级束再被送到验环CSRe储存起来以开展内靶实验.     

EicC束流冷却方案设计与模拟

对核子内部结构的研究是当前理论和实验研究的重要前沿,高能散射实验是探索核子结构的理想工具。中国科学院近代物理研究所计划在已开建的强流重离子加速器项目(HIAF)的基础上,升级建造中国极化电子离子对撞机(EicC)。EicC将提供质心系能量为15～20 GeV的电子和质子双极化束流,对撞亮度设计指标为2×10³³ cm^-2s^-1,离子束的有效冷却是EicC实现亮度目标的关键。针对离子束流初始发射度大、能量高、流强强的特点,EicC采用两级束流冷却方案,首先在增强器(BRing)中利用常规直流电子冷却器降低离子束流发射度,其次在对撞环(pRing)中采用基于能量回收型直线加速器(ERL)的高能束团冷却系统,抑制对撞过程中的离子束发射度增长。以质子束为例,模拟研究了EicC束流冷却装置中电子束的尺寸、温度、冷却段的磁场和束流光学参数对冷却速率和冷却过程的影响,最终得到了满足亮度要求的束流冷却参数。     

CSR实验环电子冷却装置的纵向电子束温度

电子冷却装置中, 电子束纵向温度是计算冷却力的主要参量之一. 当电子与被冷却离子的相对速度很小时, 纵向冷却力与离子速度呈线性关系, 并且线性区域的宽度与电子束纵向温度有关. 通过分析影响电子束纵向温度的主要因素, 得到了兰州重离子冷却储存环实验环(CSRe)电子冷却装置中电子束纵向温度的大小.     

HIRFL-CSRm冷却束流寿命

实验研究了HIRFL-CSRm中电子冷却装置对C6+,Ar15+两种束流寿命的影响。首先,通过对比实验的测量确定电子冷却可以有效提高束流寿命;其次,探究了电子冷却装置中的各项参数（主要是电子束密度分布、流强、能量、绝热展开因子）是如何影响束流寿命的,通过改变电子束参数,测量束流寿命的变化趋势和规律,并且结合电子冷却相关理论对实验结果给予解释,最终通过实验优化和确定最佳的冷却装置参数,使束流在HIRFL-CSRm上获得了较高的寿命,从而提高HIRFL-CSRm束流累积过程中的流强增益。     

兰州重离子冷却储存环工程

兰州重离子加速器冷却储存环是兰州重离子研究装置的后续工程 .它的建造目的是将重离子束的能量提高到 1 Ge V/u附近 ,同时利用储存环电子冷却技术将束流品质提高一个数量级 ,并提供更多种类的重离子束 ,以开展更广范围和更高精度的物理实验 .兰州重离子加速器冷却储存环是一个双储存环系统 ,由一个主环和一个实验环构成 .对其总体布局、总体参数、主要功能进行了介绍. HIRFL- CSR, a new accelerator project at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), is a multipurpose Cooling Storage Ring system which consists of a main ring (CSRm) and an experimental ring (CSRe). Beams from HIRFL will be accumulated and accelerated in CSRm, and then transported to CSRe for internal target experiments. The layout, major parameters and main functions of the CSR were described.     

Simulation of Electron Cooling Proces in a Storage Ring

A simulation of electron cooling process for the heavy ion beam in the proposed HIRFL Cooler-Storage Ring(HIRFL-CSR)is performed by taking into account the betatron and synchrotron oscilations of single particle.The continuous evolution of ion beam emittances and relative momentum spread are shown.Some factors that influence the cooling speed,like the space charge effect of electron beam,the dispersion in cooler section and the electron beam transverse temperature are presented.     

Commissioning of electron cooling in CSRm

A new generation electron cooler has started operation in the heavy ion synchrotron CSRm which is used to increase the intensity of heavy ions. Transverse cooling of the ion beam after horizontal multi-turn injection allows beam accumulation at the injection energy. After optimization of the accumulation process an intensity increase in a synchrotron pulse by more than one order of magnitude has been achieved. In given accumulation time interval of 10 seconds, 108 particles have been accumulated and accelerated to the final energy. The momentum spread after accumulation and acceleration in the 10-4 range has been demonstrated in six species of ion beams. Primary measurements of accumulation process varying with electron energy, electron beam current, electron beam profile, expansion factor and injection interval have been performed. The lifetimes of ion beams in the presence of electron beams were roughly measured with the help of DCCT signal.     

HIRFL-CSR主环电子冷却模拟计算

以¹⁶O⁸⁺为例,用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随离子能量、初始发射度、初始动量分散、离子流强以及离子电荷态的变化规律,研究了储存环在冷却段的β函数和色散函数对冷却时间的影响.     

HIRFL-CSR电子冷却系统空心电子束性能研究

 电子冷却系统中冷却力的大小与电子束的温度密切相关。由于强流电子束自身产生的空间电荷场,使得电子束的速度离散,增加了电子束温度,降低了冷却效率。为了减小空间电荷效应,HIRFL CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。通过分析实心电子束和空心电子束的空间电荷场,研究了其对电子束速度和温度的影响。     

Electron cooling experiments in CSR

The six species heavy ion beam was accumulated with the help of electron cooling in the main ring of Cooler Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR). The ion beam accumulation dependence on the parameters of cooler was investigated experimentally. The 400 MeV/u ¹²C⁶⁺ and 200 MeV/u ¹²⁹Xe⁵⁴⁺ were stored and cooled in the experimental ring CSRe, and the cooling force was measured in different conditions.

     

HIRFL-CSR实验环电子冷却装置磁场测量

 在HIRFL-CSR实验环电子冷却装置上采用了独立的高精度螺线管串联产生纵向磁场的设计，获得很高的冷却段磁场平行度。使用霍尔片测量磁场的分布，使用磁针测磁方法测量冷却段磁场的磁轴偏角，并根据测量及计算结果对单个线圈磁轴进行微调。测量及调试结果表明，在施加电流为额定电流的一半时，冷却段磁感应强度为0.078 T，剩余磁场小于2×10^-4 T，磁场不平行度小于1×10^-4，达到了预期的设计目标。     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

 HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区，由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用，使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程，研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场，电子束包络的振荡频率也不相同；在相同的条件下，磁场越强，电子束包络振荡幅度越小，电子束能量越大，其包络的振荡频率也越快。     

复杂像散椭圆光束的轨道角动量的实验研究

提出一种直接测量光束的轨道角动量的方法，其原理是把具有轨道角动量的光束照射到一个金属靶上，使其在光束的角动量作用下发生转动. 通过测量靶转动的角度来计算光束的角动量值. 对几种不同参数的光束的轨道角动量进行了测量，获得了轨道角动量与光束参数之间的关系，实验结果与理论分析较好地符合. 关键词： 复杂像散椭圆光束 轨道角动量 测量     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.