渡越辐射在强流电子束诊断中的应用

文中描述了渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案,介绍了在强流束测量中遇到的困难和解决方法.实验中获得了渡越辐射的特征图案,并对特征图案进行了分析,得到了测量时应该使用偏振片的结论.据此,利用渡越辐射测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角.并采用渡越辐射与切伦科夫辐射相结合的方法，用切伦科夫辐射测量束剖面,用渡越辐射测量能量和发散角,在同一次实验中获得了强流脉冲束的归一化发射度.     

综合研究性实验试题:类切伦科夫辐射综合实验

类比粒子物理中的切伦科夫辐射效应,设计了光学的类切伦科夫辐射综合实验.实验样品为特制的拉细裸单模光纤,拉细光纤放置于高折射率的PDMS溶液中,可观察到激光从光纤泄漏到溶液中的类似于切伦科夫辐射的光锥现象.实验要求学生结合背景介绍推导相关公式,并且搭建实验装置观察光学切伦科夫辐射,通过测量辐射角推算不同体积配比溶液的折射率和探测灵敏度.试题包含了基本理论推导、实验装置搭建、数据测量和处理分析,可以全面考察大学生的综合物理水平.     

强流短脉冲电子束束斑实时测量

为了快速获得直线感应加速器电子束束剖面信息以便能加速加速器的调试，研制了一套基于切伦科夫辐射的束斑测量装置，如图1所示。切伦科夫辐射体采用φ80，厚度0．5mm的石英玻璃。石英玻璃背面经过磨砂处理，安装在真空传动装置上，可以随传动杆上下移动和左右转动。切伦科夫光经滤光片和焦距为25mm的佳能TV-16镜头成像在CCD摄像头上。由摄像头拍摄的图像信号经CA-MPE-1000F(H)型黑白图像采集卡读入计算机进行处理。图象采集卡具有外触发接口。通过从注入器控制系统的同步机中输出同步信号，经过单稳态电路，对采集卡进行外触发。     

单光子时间测量中的本底研究

讨论了单光子时间测量中的本底来源和时间分布, 通过加符合门的方法, 有效地抑止了偶然符合本底, 消除了辐射在光电倍增管光阴极窗上产生的切伦科夫本底.     

切伦科夫辐射“双成像法”测量电子束发射度

利用切伦科夫辐射,OTR或荧光靶等光学诊断方法进行发射度测量,国内外绝大部分实验是用CCD相机观测电子束打靶产生的光斑,变化四极透镜的磁场梯度,应用“三梯度法”计算出发射度.文中提出了一种新的“双成像法”测量方法,使切伦科夫辐射光通过一长焦距的消色差薄透镜,分别在焦平面和像平面获取图像.通过图像处理,前者可分析出电子束散角分布,后者可分析出电子束径向分布,从而直接得到均方根发射度.该方法对束流相空间和电荷密度分布无需假设,无需借助“三梯度法”,较其他常规测量方法具有实验装置更简便、测量精度更高和适用性更广等优点.文中给出了该测量方法对北京大学DC?SC光阴极注入器的发射度测量进行计算机模拟实验的结果和分析.     

利用切伦科夫辐射进行电子束发散角及分布概况的测量技术研究

针对切伦科夫辐射特点,采用厚度尽量小的石英薄片作为转换靶,并将电子束以切伦科夫辐射角入射转换靶的形式构成一种电子束发散角分布的测量布局,并基于焦平面成像原理,研制了相应的电子束发散角光学测量系统。在强流脉冲直线感应加速器上完成了装置研制和测试工作,显示了电子束发散角分布测量系统可以获得电子束一定方向上的散角分布概况,测量结果具有一定的可信度,具有装置结构简单、数据处理难度低及速度快等特点。     

水基契伦可夫量能器模型的研究

为了研究极长基线中微子振荡,构造了一个大小为,1m×1m×13m,水基切伦科夫量能器模型.测量得到的水箱的有效衰减长度为(5.74±0.29)m,并且研究了光的收集能力随入射粒子角度变化的关系.同时发展了基于,GEANT4,软件包,包含有详细的光学过程的模拟程序, 所得到的模拟结果与实验测量有很好的一致性. 说明水箱可以作为水基切伦科夫量能器的可行性的方案.     

基于14 MeV中子的烧氚历史诊断模拟研究

针对直接测量16.7 MeV进行烧氚历史诊断所需聚变产额高的情况,模拟研究了利用14 MeV中子与副靶作用产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断的情况,计算了几种材料14 MeV中子作用产生的次级伽马能谱以及切伦科夫辐射阈能之上的非弹伽马数目,对副靶材料和厚度进行了选择。计算了14 MeV中子产生的切伦科夫光子时间谱,分析了光电转换器件处伽马、电子以及正电子等噪声信号,分析了气体切伦科夫系统测量统计涨落与聚变中子产额之间的关系,确定了气体切伦科夫系统所适用的最低聚变中子产额,通过测量14 MeV中子与副靶产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断较直接测量16.7 MeV伽马可将测量所需聚变中子产额降低2个量级。     

聚变反应随时间变化诊断装置辐射转换体设计

聚变反应随时间变化诊断装置是惯性约束聚变(ICF)研究中的一项重要诊断设备, 使用蒙特卡罗程序Geant4研究了基于气体切伦科夫探测器的聚变反应随时间变化诊断装置的时间分辨和辐射转换效率,给出了优化后的辐射转换体材料厚度,以及CO2气室压力与长度。模拟计算表明,优化后的系统时间分辨可达22 ps左右,伽马-切伦科夫光子转换效率可达4.710-3 Cherenkov photons/gamma。     

神龙一号加速器束参数测量

文章全面介绍了在神龙一号直线感应加速器的研制过程中, 发展的一系列束参数测量手段. 光测方面, 介绍了利用光学渡越辐射和切伦柯夫辐射测量束剖面、发射度、能散度的工作; 电测方面, 介绍了利用电阻环、磁探针、纽扣电极方法测量束位置和强度, 以及利用返磁回路方法测量束流均方根半径的工作. 这些工作极大地提高了束流测量的水平.     

A New Measurement of Electron Beam Emittance with Cerenkov Radiation “Double Imaging” Method

A new way in electron beam emittance measurement with Cerenkov radiation "double imaging" method is proposed in this paper. In the standard emittance measurements with optical diagnostics such as Cerenkov radiation, OTR (Optical Transition Radiation), fluorescence screen or BMP (beam profile monitor) etc., the emittance is indirectly calculated through quadrupole-scanning technique, with the prior ssumption that the beam phase space density distribution is ellipse, which will certainly induce systematic error when the beam profile is quite irregular or the space-charge effects can not be omitted. In proposed method, the Cerenkov radiation pass through a 1-meter focal-length thin convex lens, and a CCD camera is used to capture two images of Cerenkov radiation at the focal plane and at the image plane of the lens respectively. Then, with image processing technique, we acquire the angular divergence information of the electron beam from the image of the focal plane and the radial distribution information from the image of the image plane, which we call Cerenkov radiation "double imaging" method. Therefore, the emittance can be directly attained according to the definition of the RMS emittance. By this method, we can measure the actual phase space distributions without making any prior assumptions about the density distributions. Compared with other general measurements, this "double imaging" method has advantages of simpler equipment, higher precision and wider application. This paper also presents the computer simulation results of emittance measurement on the DC-SC (DC-Superconducting) photocathode injector of PKU-SCAF (Peking University Superconducting Accelerator Facility) being built at Peking University.     

毛细管放电X光激光装置中的预脉冲电源

针对目前毛细管放电X 光激光装置产生的预脉冲电流幅值过大、持续时间较短的问题，提出了增加预脉冲开关抑制原有预脉冲，再外加由脉冲成形网络组成的预脉冲发生器，产生所需预脉冲的改造方案。可在主脉冲来临之前产生幅度10~50A，持续时间约17μs的方波预脉冲电流，来满足毛细管放电泵浦类氖氩X光激光实验的需要。     

强流脉冲电子束时间分辨测试技术研究

简单介绍了LIA注入器中强流脉冲电子束能谱分布及发射度的测量原理.应用变象管扫描相机测量了脉冲宽度为100ns的强流脉冲电子束的能谱分布及发射度两个参量,得到了具有时间分辨本领为1ns的切伦科夫辐射图像.为强流直线感应加速器的研制,提供了实验数据.     

双介质片平面波导契伦科夫自由电子激光

给出双介质片平面波导契伦科夫自由电子激光波导模式的色散关系,求出器件的单程增益并证明存在一组新的波导模式__奇模。讨论了器件的工作频率和单程增益随介质片厚度、电子束能量和电子束通道宽度的变化关系。还研究了这组奇模对器件的影响。     

气体Cerenkov辐射的量子理论

本文采用量子场论的一级微扰论,建立了气体介质中Cerenkov辐射的量子理论,结果表明,它有与固体、液体Cerenkov辐射不同的特点:线状光谱且轮廓不对称和出现小的红移,辐射角与辐射频率无关,并随入射粒子速度的增大而减小,辐射对入射带电粒子的速度没有阈值限制,激发态与基态原子的Cerenkov辐射几率相等,理论结果与实验基本一致。 关键词：     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

Helical Cerenkov effect, a novel radiation source

The observability of the helical Cerenkov effect as a novel radiation source is discussed. Depending on the value of the index of refraction of the medium, the strength of the uniform magnetic field, and the electron beam energy, helical Cerenkov radiation can occur in the same spectral regions as the ordinary Cerenkov effect, that is, from microwave to visible wavelengths. From the kinematics point of view, I argue that for a microwave wavelength of 10^-1cm this effect should be observable in a medium with an index of refraction of 1.4, with a beam energy of 3 MeV, and a uniform magnetic field of 4 T. On the specific level, however, for the sake of simplicity, I discuss the observability of this effect for visible light with the central wavelength of 5×10^-5 cm which can be achieved with 2 MeV in beam energy, silica aerogel as a medium (with an index of refraction of 1.075), and uniform magnetic fields from 5 to 10 T. For a 10-T magnetic field, I calculate that in the visible region of 250 to 750 nm an electron will produce a photon per 10 cm of traveled length. As to the stimulated helical Cerenkov emission, I estimate that respectable gains are possible even if the beam passes close to the dielectric rather than through it. In addition to being potentially a new radiation source, the helical Cerenkov effect could possibly be used as a detector of radiation by energetic electrons that are trapped in a medium by strong magnetic fields     

Observation of light below Cerenkov threshold in a 1.5 meter long integrating Cerenkov counter

We have observed Cerenkov light, well below threshold, in an integrating Cerenkov counter used to determine particle composition of the secondary hadron beam, which is the source of Fermilab narrow-band neutrinos. The phenomenon can be understood in terms of diffraction effects in a finite length counter caused by radiation emitted by particles traversing the counter even when it is evacuated. At zero pressure, the light can be considered as transition radiation produced when particles enter and leave the counter. A standard Cerenkov diffraction formula describes both the normal Cerenkov radiation and the light emitted below Cerenkov threshold.