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。     

电子束发散角的直接测量技术模拟研究北大核心CSCD

切伦科夫辐射是一种方向性极好的辐射,其辐射能量发射方向严格地与带电粒子的运动方向相关,辐射光携带了带电粒子的方向信息,利用这种特性可以进行电子束发散角及其分布的测量。在基于切伦科夫辐射原理的基础上,考虑电子与物质作用时的多重库仑散射、电离等效应,进行了电子束发散角测量的蒙特卡罗数值模拟程序的建模工作,并完成了理想电子束及具有发散角分布的电子束的测量技术模拟工作。大量模拟结果显示,这种测量方法是可行的,具有对电子束发散角分布进行直接测量的能力,并且其测量系统结构简单。     

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.     

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.     

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。     

快电子发散角的实验测量

采用飞秒激光辐照铜靶,利用电子角分布仪和LiF热释光探测器测量了快电子发射的发散角.实验结果显示,快电子的发散角与激光入射角密切相关,随着激光入射角增加,快电子的发散角逐渐减小.在相同入射角条件下,加上预脉冲将导致快电子的发散角变小.这个结果为获取较小发散角的快电子束提供了实验参考.     

高能电子束韧致辐射特性的理论研究

高能电子束轰击金属靶会产生韧致辐射X射线,为优化韧致辐射X射线品质,需要研究如何获取最佳辐射效率等韧致辐射规律.结合理论分析,并采用MCNP/4C对10,20?MeV电子的韧致辐射规律进行了模拟研究.讨论了不同靶材料产生的韧致辐射效率、角分布、能谱分布、准直锥孔内辐射效率等问题.通过对不同靶材料韧致辐射的模拟研究,给出了不同厚度靶与光子效率、注量分布、出射电子与角分布的关系与规律.由此得到不同靶材料对于10,20?MeV电子在最优韧致辐射效率下的一些边界条件与规律. 关键词： 韧致辐射 最佳效率 角分布 能谱     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统，具有时间响应快、分辨率高等特点，可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响，并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点，阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响，指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响，需要在数据处理时考虑修正。     

飞秒激光与固体靶相互作用的前向快电子束发散研究

为了研究前向快电子束的发散问题,采用飞秒激光辐照平面铜靶,以电子角分布仪和氟化锂(LiF)热释光探测器探测快电子的前向发散角。实验显示前向快电子束发散角均在95°(半高宽FWHM)以上。理论计算指出预等离子体中电子的初速度以及加速后的电子在靶内碰撞效应均不是产生大发散角的重要原因。根据激光-等离子体相互作用理论,等离子体中的电磁场才是导致前向快电子束产生较大发散角的主要原因。这个研究为获取较小发散角的前向快电子束提供了实验设置的依据。     

强流短脉冲电子束束剖面的时间分辨测量

 介绍了一套基于切伦科夫辐射的、用于强流短脉冲电子束束剖面测量的装置。装置利用扫描相机记录背面打毛的石英玻璃薄片中产生的切伦科夫光信号。使用该装置，在中国工程物理研究院流体物理研究所的2MeV注入器上进行了切伦科夫光的验证实验和时间分辨的束剖面测量实验。分析表明，测量系统的时间分辨率和空间分辨率分别为1.75ns和0.74mm。     

光学渡越辐射理论及其在直线感应加速器脉冲电子束诊断中的应用

匀速运动的带电粒子在穿过具有不同介电常数的两种媒质界面时要产生所谓光学渡越辐射。该辐射在粒子的入射平面上呈偏振行为;从辐射强度的角分布可以确定入射粒子的能量。在入射到双膜系统的情况下,由于干涉的发生,在第二膜前表面的强度角分布有振荡行为。利用这些现象,可对脉冲电子束包络半径、束电流密度的横向分布,束能量以及横向散角进行测量,依照这一原理在各LIA加速器上进行的脉冲电子束参数测量,获得的有效数据极大地提高了加速器的调试效率。     

蒙特卡罗模拟分析电子束发射度对照射量空间分布影响

加速器靶前正前方1 m处的照射量是衡量加速器光源辐射能力的重要物理参量。电子束轰击高原子序数靶产生的X射线空间分布具有很强的前冲性,照射量空间分布与电子束的发射度密切相关。采用高斯函数对不同电子束发射度条件下入射电子的空间分布和角度分布进行建模。应用蒙特卡罗方法对电子束打靶的轫致辐射过程进行模拟,分析电子束发射度对照射量的影响。同时还对整靶结构和叠靶结构下的轫致辐射光源照射量进行计算比较。结果表明,电子束的发散角是影响轫致辐射光源照射量的主要因素。与采用整靶结构相比,采用叠靶结构所获得的照射量空间分布基本一致,在正前方小角度范围内（0~4）的照射量有2%~3%的降低。     

BEPCⅡ激光丝系统探测器模拟研究(英文)

BEPCⅡ上正在进行激光丝系统的研究。基于GEANT4对激光丝系统探测器进行了模拟。首先模拟了康普顿散射信号在探测器材料中电磁簇射的分布,确定了探测器初始尺寸。之后模拟了不同尺寸下探测器的输出,根据模拟结果确定了探测器的最终尺寸,使得探测器在所确定的尺寸有较大的信号输出。还进行了不同康普顿散射位置时探测器的响应模拟,结果表明束流管道的影响是不可忽略的,是探测器响应非线性的主要原因,预计该结果对束流截面测量有重要意义。最后简要介绍了BEPCⅡ几种可能的束流能量时,探测器信号输出和能量泄漏的模拟结果。     

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。     

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.     

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析北大核心CSCD

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。     

库仑碰撞截面在等离子体粒子模拟中的应用

在等离子体粒子模拟中,TA模型和NanBu模型被广泛用于处理库仑碰撞,这两种模型要求每个时间步长内全部粒子参与计算。为了降低参与碰撞的粒子数,提高库仑碰撞的计算效率,提出了一种基于截面的库仑碰撞模拟方法,并给出了库仑碰撞概率的计算公式。采用该方法对不同温度不同密度电子气的弛豫过程进行模拟,分别对比了电子速度分布函数、电子温度以及电子x、y方向上的温度与电子温度之比的模拟值与理论值,验证了该方法的准确性。在相同的小时间步长上,该方法相比TA模型计算效率提升可达40%以上。对于较大的时间步长,该方法仍能得到与理论解近似的模拟结果,相比Nanbu模型,在相同的精度下可取更大的时间步长,计算效率也有所提升。研究表明,该方法同样适用于电子-离子碰撞。因此在提高库仑碰撞计算效率上,该方法具有碰撞粒子数少以及适用于大时间步长的优势。