“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

3.5 MeV无箔注入器束流调试

 3.5 MeV 注入器是“神龙一号”直线感应加速器的束源，在注入器束流调试中，首先通过数值模拟方法，初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围；然后以注入器出口束流波形为参考，通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置；再通过测量束流的剖面或发射度，在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置，并最终确定了注入器输运磁场的总体配置。经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV，流强为2.8 kA，归一化边发射度为1 040 mm·mrad，达到了预期的指标。     

非理想氢原子束真空环境长程传输模拟研究

模拟研究了非理想氢原子束在真空环境下的长程传输效应。根据中性化程度的不同,将非理想束分为欠中性束和过中性束。通过建立束流传输的准电磁模型,研究了束流密度、中性化因子、空间磁场和弹性散射等因素对非理想氢原子束的影响。结果表明:对于欠中性束,负氢离子的存在对氢原子的传输几乎没有影响,因此欠中性束的发射装置可以考虑去除偏置磁场,以减小设备体积和质量;对于过中性束,束流损失率与束流密度和中性化因子有关,即束流密度越大,束流损失越大;中性化因子越高,束流损失就越高;而无论是欠中性束还是过中性束,空间磁场和粒子间的弹性散射对其传输都没有影响。     

直线感应加速器束包络数值计算模型

给出的直线感应加速器束输运的计算模型,能够计算束流从注入器经加速器直到最后聚焦的束包络.利用该编码可以方便地研究各种磁场位形及隙压参数对束流输运的影响.作为算例,给出了束流为3kA在长达40余米直线感应加速器的多种磁场位形下的束包络.     

Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析

在直线加速器中，始终存在束流质心轴、束流传输管道几何轴、束流聚焦传输磁场磁轴等三轴不一致问题。当束轴与磁轴存在夹角，而且束流脉冲（平顶）期间存在能量差别时，将引起束心的Corkscrew运动。斜入射的束流在轴向磁场中传输时，由于束流脉冲（平顶）期间不可避免的能量差别，导致不同时刻的束片质心螺旋运动的相位不同，在束流到达同一个位置时，不同时刻束片的质心在同一个考察点具有不同的横向位置。束心Corkscrew运动会造成很多不良后果。针对束心Corkscrew运动造成束流积分发射度的增长情况开展数值模拟研究，为采取相应的抑制措施提供参考和依据。     

北京慢正电子强束流磁场输运系统设计研究

针对基于北京正负电子对撞机的慢正电子强束流系统对输运磁场的设计要求,本文对不同规格的磁场输运线圈模型、长螺线管端口处磁场的补偿以及地磁场和弯管道对正电子束流的影响等进行了计算,提出适用于本系统传输慢正电子束流的输运磁场分布、补偿线圈、调整线圈的加工参数,计算表明,系统的总体磁场不均匀度小于10髎.实际运行束流测试表明,所设计的磁场系统能够很好的将慢正电子束流输运到约16m远的样品测量室,慢正电子束斑尺寸基本没有变化,满足慢正电子束流系统的设计要求.     

法兰-螺栓连接对加速器对中装配同轴度的影响

由于直线感应加速器束输运系统磁场准直偏差和束脉冲期间所引起的束流Corkscrew运动是导致发射度增长的重要原因之一，因而提高磁场准直精度是抑制和减小Corkscrew振幅的重要措施。机械轴的精密对中是磁轴准直及磁场误差校正的基础。     

矩形强流电子束自磁场对束流均匀性的影响

对大面积矩形强流电子束自磁场在无限长束模型和有限长束模型下作了计算,给出了磁场的强度分布,并计算了在自磁场作用下的束电子的运动轨迹。描述了电子束在传输方向距阴极6cm处的箍缩图样。计算中考虑了二极管电场力,忽略了膜及Hibechi对束流的散射效应。     

HIRFL新的束流分配系统

随着CSR的建成和兰州重粒子加速系统(HIRFL)实现质子加速,HIRFL现有的束流传输系统已不能满足越来越多的物理实验对供束时间的要求,为此,对原有的HIRFL的束流输运系统进行了分时供束改造,新的束流分配系统可以在给CSR供束和不供束两种情况下,同时使用SFC和SSC的束流在多个实验终端进行物理实验,介绍了新设计的HIRFL束流分配系统的布局和束流光学计算结果.     

束流四维横向相空间密度函数的测量原理

 Radon变换与参数可调的输运元件结合,可以为束流诊断提供一种与束流模型无关的新方法。此方法与计算机图象处理技术的结合至少可以使测定束流横向发射度的精度提高一个量级,而且可以得到足够分辨率的束流四维横向相空间分布。该方法为加速器,特别是高亮度强流加速器的研制提供了一种有力的监测工具。为研究束流传输、验证束流动力学理论提供了更为可靠的判据。     

“神龙一号”加速器束流输运系统研制

文章系统介绍了“神龙一号”直线感应加速器束流输运系统的研制过程和取得的成果, 重点阐述了螺线管线圈、二极校正线圈、多功能腔等关键单元部件的设计、传输元件的磁轴测量和准直安装、束线的总体布局、束流调试等研究内容. 束流调试结果表明, 该束流传输线的设计是成功的, 并且具有较宽的动态适应范围. 最后, 结合束流调试的经验, 提出了一些建议供以后工作参考.     

Performance of a slow positron beam using a hybrid lens design

The University of Hong Kong positron beam employs conventional magnetic field transport to the target, but has a special hybrid lens design around the positron moderator that allows the beam to be focused to millimeter spot sizes at the target. The good focusing capabilities of the beam are made possible by extracting work-function positrons from the moderator in a magnetic field free region using a conventional Soa lens thus minimizing beam canonical angular momentum. An Einzel lens is used to focus the positrons into the magnetic funnel at the end of transportation magnetic field while at the same time bringing up the beam energy to the intermediate value of 7.5 keV. The beam is E × B filtered at this intermediate energy. The final beam energy is obtained by floating the Soa-Einzel system, E × B filter and flight tube, and accelerating the positrons just before the target. External beam steering saddle coils fine tune the position, and the magnetic field around the target chamber is adjusted so as to keep one of the beam foci always on the target. The system is fully computer controlled. Variable energy-Doppler broadened annihilation radiation (VEDBAR) data for a GaN sample are shown which demonstrate the performance of the positron beam system.     

电子束在磁透镜场中压缩传输理论

 给出了强流相对论电子束在磁透镜场中压缩传输系数的理论公式和计算结果，其结果说明能量传输效率随磁透镜比的增大而减小，随阴极处磁感应强度的增大而增大，对于一个特定的系统存在一个能通量密度的极限值。     

Electromagnetic modeling of the CSNS Hion source extraction system

A Penning surface H^- ion source test stand has been developed for the China Spallation Neutron Source (CSNS) at the Institute of High Energy Physics (IHEP). H^- beams with a current up to 50 mA and a pulse length up to 520μs at a repetition rate of 25 Hz are obtained at present. In order to improve the extraction system based on both the results of the emittance measurements in experiment and the simulation results of the effect of the extraction system on the beam emittance, three dimensional electromagnetic finite element analysis and particle tracking are undertaken. First, the magnetic field of the deflecting magnet is studied in detail, and then the effect of the extraction geometry on the beam transport is also investigated.     

带电粒子束传输的相图函数理论

带电粒子束发射相图的形状可用相图函数描述.本文利用相图函数理论和Lie代数研究非线性传输系统中束相图的变化.同时研究了它的逆问题──根据束特性选择传输系统参数.作为例子,讨论了利用非线性元素改善束质量和非线性周期场系统中的束匹配问题.     

Investigation of intense sheet electron beam transport using the macroscopic cold-fluid model and the single-particle orbit theory

The focusing and the stable transport of an intense elliptic sheet electron beam in a uniform magnetic field are investigated thoroughly by using the macroscopic cold-fluid model and the single-particle orbit theory.The results indicate that the envelopes and the tilted angles of the sheet electron beam obtained by the two theories are consistent.The single-particle orbit theory is more accurate due to its treatment of the space-charge fields in a rectangular drift tube.The macroscopic cold-fluid model describes the collective transport process in order to provide detailed information about the beam dynamics,such as beam shape,density,and velocity profile.The tilt of the elliptic sheet beam in a uniform magnetic field is carefully studied and demonstrated.The results presented in this paper provide two complete theories for systemically discussing the transport of the sheet beam and are useful for understanding and guiding the practical engineering design of electron optics systems in high power vacuum electronic devices.     

“三剖面”法对HIRFL束流发射度的测量

通过三个多丝剖面监测器测量漂移空间三点处的束流剖面,对HIRFL加速器横向束流发射度(_(12)C~(+6)束)进行了测量。文章给出了测量综合结果,并着重计算分析了“三剖面”法发射度测量中,三个探测器之间的距离、测量区间束腰的位置和束腰的大小对测量误差的影响,最后给出了测量最佳条件。     

电子束曝光机偏转系统及可动物镜分析

电子束大扫描场偏转系统设计中 ,像差的确定是一个必须解决的实际问题。以SDS 3电子束曝光机的磁复合偏转系统为基础 ,以双通道扫描原理进行扫描 ,分析了像差与电子束主轨迹的关系。给出了可动物镜的条件 ,并利用这一条件分析电子束最佳轨迹的结构和方法。并使用计算机辅助设计研究电子束曝光机聚焦偏转系统的结构。由该电子束曝光机试验结果表明 ,复合系统结构简单紧凑 ,像差小而可以不用动态校正。采用矢量描写电子轨迹 ,以积分式表示像差。以 0 .0 0 5rad半张角 ,5× 10 -5的高压纹波 ,5 0mm的像距 ,10mm× 10mm扫描场的边脚处 ,使动态校正前的总像差为 0 .0 3μm。