以小区域内的离子数为控制信息实现束晕的有效控制

利用匹配半径外的某些固定区域内的离子数目提供控制信息,采用对数函数控制器对强流离子束进行束晕－混沌控制的数值模拟研究. 结果显示,该方法能够有效地抑制五种不同初始分布的离子束的束晕再生现象. 该方法由于控制信息的探测区域小且能固定,在实验上便于实施. 关键词： 束晕 控制 局部区域 信息     

均匀聚焦磁场中束晕-混沌的孤子控制

采用粒子.束核模型,对均匀聚焦磁场中满足K-V分布的离子束进行模拟研究.观察到束晕.混沌现象,基于束晕.混沌的非线性控制策略,提出控制束晕.混沌的孤子函数控制器,并给出具体的实施方案.模拟研究表明,运用这种方法可以消除束晕及其再生现象,达到对束晕.混沌的有效控制.     

强流束晕-混沌的外部磁场开关控制

研究了强流离子束在周期聚焦磁场通道中束晕-混沌的外部磁场开关参数控制方法. 将该方法应用在多粒子模型中，实现了对5种不同初始分布质子束的束晕-混沌的有效控制，得到了消除束晕及其再生现象的理想结果.在强流加速器系统中，由于外部磁场是可测和可调 的物理量，因此该控制方法有利于实验研究，可为强流质子加速器中周期聚焦磁场的设计和实验提供参考. 关键词： 强流离子束 周期聚焦磁场通道 束晕_混沌 混沌控制 开 关控制     

周期聚焦磁场中束晕-混沌的简单函数控制

本文采用粒子-束核模型,基于束晕-混沌的非线性控制策略,对周期性聚焦磁场中满足K—V分布的离子束进行模拟研究,提出了控制其束晕-混沌的简单函数控制器,并给出具体的实施方案．数值模拟研究表明,运用这种方法可以消除束晕及其再生现象,达到对束晕-混沌的有效控制．     

强流加速器中束晕-混沌的小波间隔反馈控制

在束晕-混沌的小波函数控制已实现的基础上,给出了一种形式更为简单的小波函数控制器,并研究了束晕混沌的多周期间隔反馈控制方法.以控制初始条件遵从Kapchinshij-Vladimirskij分布的离子束为例进行模拟,结果表明,通过适当选择间隔的周期数和小波控制器的控制参数,仍能很有效地对束晕混沌进行控制,并能达到消除束晕及其再生现象的理想结果.研究结果可望为实用强流加速器的研制提供有价值的参考 关键词： 小波函数控制器 多周期间隔 束晕-混沌 强流离子束     

调谐衰减因子对束晕-混沌控制的影响

采用以离子数比为控制变量的对数函数控制器,研究了不同填充因子下调谐衰减因子对强流离子加速器中初始分布为K-V分布的离子束束晕-混沌控制的影响。研究表明,使用对数函数控制器时,较大的调谐衰减因子下,可以控制束晕-混沌的填充因子取值范围较大,且填充因子越大控制效果越好;较小的调谐衰减因子对束晕-混沌的控制效果影响相对较大。     

强流束晕-混沌的外部磁场滑模变结构控制

 研究了周期性聚焦磁场通道中,束晕-混沌的外部磁场滑模变结构控制方法。通过选择适当的滑模函数,根据李雅普洛夫稳定性条件,推导出外部磁场的滑模变结构控制器。模拟结果表明,在控制条件下,混沌变化的束包络半径能被控制到匹配半径。将该方法应用在多粒子模型中,实施每隔一个磁场周期就调节一次磁场幅度的控制策略,可实现对初始分布为K-V分布离子束的束晕-混沌的有效控制,束平均发射度降低了80%左右,束晕强度因子变为0,束流质量得到了很好的改善,消除了束晕及其再生现象。由于外部磁场是可测和可调的物理量,控制器简单且利于实现,研究结果可为强流离子加速器中周期性聚焦磁场的设计与试验提供参考。     

束晕-混沌的神经网络自适应控制

 理论分析了强流离子束在周期磁场聚焦通道中传输时产生的束晕 混沌动力学行为,给出了近似反映实际聚焦磁场的余弦函数形式。然后利用神经网络方法对非线性复杂系统控制的优越性,提出前馈反传神经网络方法对强流离子束中束晕 混沌进行自适应控制。通过适当选择的神经网络控制结构和线性反馈系数以及自适应调整神经网络的权系数,可将强流离子束的包络半径达到束匹配半径的控制目标,且束包络的抖动大小明显减少,束晕 混沌现象得到了明显的抑制。     

均匀磁场下碳离子笔形束的剂量变化分析及位置修正方法

分析外加均匀磁场对于碳离子笔形束剂量分布的影响,并考虑修正这种影响,为磁共振成像引导碳离子放射治疗的临床应用提供指导。本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量碳离子笔形束在不同强度磁场下的剂量分布情况,发现垂直于碳离子束入射方向的均匀磁场对于碳离子笔形束射程缩短的影响很小,磁场对碳离子束的主要影响是引起束流横向偏转,特别是碳离子束布拉格峰位置的横向侧移。横向侧移程度与碳离子束的能量和磁场强度相关,根据模拟结果,得到了一个计算碳离子束布拉格峰在磁场中相对横向偏转的方程,并提出一种校正外加磁场引起的碳离子束布拉格峰横移的角度修正方法。这些结果可用于指导磁共振图像引导碳离子放射治疗计划系统的研发。     

离子辅助沉积中离子束流密度的作用

测量了End-Hall离子源在不同条件下的离子束流密度，在不同离子束流密度下进行了Ar离子辅助沉积ZrO2薄膜的实验，研究了离子束流密度对薄膜折射率、晶相的影响.根据动量传递模型分析了离子束流密度对薄膜折射率的作用;根据热尖峰理论证明了一定条件下离子束流密度不会影响薄膜晶体结构.     

周期聚焦磁场中束晕-混沌的实Morlet小波函数控制

 基于束晕-混沌的非线性控制策略,对周期性聚焦磁场中初始分布满足K-V分布的粒子束进行模拟研究,提出了控制其束晕-混沌的实Morlet小波函数控制器,并给出具体的实施方案。数值模拟研究表明,在适当的参数条件下,运用这种方法不仅可以消除束晕及其再生现象,达到对束晕-混沌的有效控制,而且可以控制束流到均匀分布。     

Control of beam halo-chaos by Gauss function in the triangle periodic-focusing channel

This paper studies the Kapchinsky-Vladimirsky （K-V） beam through a triangle periodic-focusing magnetic field by using the particle-core model. The beam halo-chaos is found, and an idea of Gauss function controller is proposed based on the strategy of controlling the halo-chaos. It performs multiparticle simulation to control the halo by using the Gauss function control method. The numerical results show that the halo-chaos and its regeneration can be eliminated effectively, and that the radial particle density is uniform at the centre of the beam as long as the control method and appropriate parameter are chosen.     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

 针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

束流物理学的量子方法初探

 量子束流物理学是近年来发展起来的处理束流传输的全新方法，它是经典束流物理学的有益补充。介绍了量子束流物理学的热波模型和基于狄拉克方程的相对论电子束磁透镜量子理论，并与经典束流物理学方法进行了比较。     

Control of beam halo-chaos by sample function

The K-V beam through an axisymmetric uniform-focusing channel is studied using the particle--core model. The beam halo-chaos is found, and a sample function controller is proposed based on mechanism of halo formation and strategy of controlling halo-chaos. We perform multiparticle simulation to control the halo by using the sample function controller. The numerical results show that our control method is effective. We also find that the radial ion density changes when the ion beam is in the channel: not only can the halo-chaos and its regeneration be eliminated by using the sample function control method, but also the density uniformity can be found at the beam's centre as long as an appropriate control method is chosen.     

回旋加速器中的空间电荷效应和束晕

在考虑束团内粒子之间的空间电荷相互作用力的条件下,对日本理化研究所(RIKEN)现有的一台注入器(加速常数为K70的AVF型回旋加速器)中束团的演变过程进行了模拟计算.模拟结果表明,束团的形变、束晕现象同样发生在回旋加速器中,不过,其产生机制不同于直线加速器.它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

束晕-混沌的非线性反馈离散控制

 基于非线性控制方法，提出了一种特殊的非线性反馈函数， 即小波反馈函数，用于离散控制强流质子束的束晕 混沌。控制后质子束的束晕强度因子很快趋于零，束均方根半径、束横向平均发射度等都减至控制前的三分之一稍多, 证明该控制方法切实有效，在工业上具有实用价值。     

Beam distribution reconstruction simulation for electron beam probe

An electron beam probe(EBP) is a detector which makes use of a low-intensity and low-energy electron beam to measure the transverse profile, bunch shape, beam neutralization and beam wake field of an intense beam with small dimensions. While it can be applied to many aspects, we limit our analysis to beam distribution reconstruction.This kind of detector is almost non-interceptive for all of the beam and does not disturb the machine environment.In this paper, we present the theoretical aspects behind this technique for beam distribution measurement and some simulation results of the detector involved. First, a method to obtain a parallel electron beam is introduced and a simulation code is developed. An EBP as a profile monitor for dense beams is then simulated using the fast scan method for various target beam profiles, including KV distribution, waterbag distribution, parabolic distribution,Gaussian distribution and halo distribution. Profile reconstruction from the deflected electron beam trajectory is implemented and compared with the actual profile, and the expected agreement is achieved. Furthermore, as well as fast scan, a slow scan, i.e. step-by-step scan, is considered, which lowers the requirement for hardware, i.e. Radio Frequency deflector. We calculate the three-dimensional electric field of a Gaussian distribution and simulate the electron motion in this field. In addition, a fast scan along the target beam direction and slow scan across the beam are also presented, and can provide a measurement of longitudinal distribution as well as transverse profile simultaneously. As an example, simulation results for the China Accelerator Driven Sub-critical System(CADS) and High Intensity Heavy Ion Accelerator Facility(HIAF) are given. Finally, a potential system design for an EBP is described.