激光斜入射光阴极对束流质量的影响及其优化

 针对美国布鲁克海文国家实验室（BNL）型的光阴极微波电子枪,模拟了不同分布状态的驱动激光脉冲斜入射光阴极对束流质量的影响,给出了改变注入相位和补偿线圈磁场强度对发射度的优化结果。结果表明：光斑椭圆化将会导致发射度的大幅增长,优化效果不理想;波前不同步导致的发射度增长对于纵向高斯分布的脉冲可以得到理想的优化。对于斜入射引起的光斑椭圆化和波前不同步问题给出了光学校正方法及部分测量结果。此外,模拟结果显示,对于横向均匀分布的激光脉冲,适当椭圆度的光斑比圆形光斑更有利于提高电子束质量。     

多脉冲电子束发射度测量

采用多孔板并结合电子束在石英片相互作用产生的契仑柯夫辐射,对以天鹅绒为阴极发射的强流多脉冲电子束发射度和亮度进行了实验研究和测量。实验观测到了有外加磁场条件下的电子束发生旋转现象。对于电子能量为600 kV左右的电子束,多孔板处的磁场小于2.7 mT时,电子束元的偏离已经小于2°。分别测量了天鹅绒阴极发射的强流四脉冲电子束和双脉冲电子束的积分亮度,分别为7.5×107A/(m.rad)2和4.14×108A/(m.rad)2。结果表明,双脉冲电子束的积分亮度明显优于四脉冲电子束的积分亮度,进而验证了阴极等离子体对多脉冲电子束亮度具有重要影响,降低了电子束的品质。     

存在漂移管和引导磁场情况下强流电子束的发射度

文中考虑了当电子束绕引导磁场发生旋转运动时，强流电子束的发射性质。在均匀分布电荷情况下，导出了发射度的公式，给出了发射度和正则角动量的关系。在轴对称非线性分布电荷情况下．得出了比T．P．Wangler等所给出的更普遍的电子束发射度变化公式。     

脉冲电子束发射度在线测量

本文介绍了一台用于脉冲电子束发射度在线测量装置的设计与调试,叙述了在线测试技术的物理基础及数据的自动获取与处理过程,在EPA-74脉冲加速器上用于无引导场FEL实验中束流发射度的测量,得到0.3～0.7mm rad的非归一化发射度。本装置也将用于SG-1FEL装置的束流发射度的测量。     

电子束发射度变化的解析估计

本文使用一般包络方程理论推导出轴对称电子束在傍轴近似下的稳态传输过程中的发射度变化公式。结果表明电子束发射度变化与引导磁场及离子通道电场无直接关系,而仅仅与电子束分布的变化有关;发射度变化的本质是电子束的静电势能和横向运动的动能之间的转换。本文的解析结果与数值模拟结果符合得相当好。本文还定性讨论了电子束平均正则角动量对发射度变化的影响。     

Tonks定律和电子束的发射度

文中介绍了电子束输运过程中的能量守恒定律,即Tonks定律,然后导出了考虑辐射场的反作用对电子束发射度影响的公式,再利用Tonks定律,得到了普遍的电子束输运时的发射度变化公式。     

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.     

高亮度虚火花电子束发射度的测量

介绍了对一台脉冲线加速器驱动虚火花放电装置产的电子束发射度的测量工作。在十隙虚火花放电室中育以１５Ｐａ的氮气，产生能量为约２００ｋｅＶ，束流２０００Ａ，直径为１ｍｍ和高亮度电子束。在距阳极５ｃｍ处测得电子束的均方根发射度εｒｍｓ≈４８ｍｍ．ｍｒａｄ，规一化发射率εｎ≈４７ｍｍ．ｍｒａｄ。     

电子束参量对轫致辐射照射量角分布的影响

本文研究了电子束半径,发射度及能量等参量对闪光X射线照射量在1m处角分布的影响。求得了使中心照射量最大,束半径与发射度之间应满足的拟合关系,表明了电子束能量越高,发射度越小,那么中心照射量就越大,照射量的空间分布就越理想。对电子细束入射位置和入射方向使用了解析法和随机抽样法求出,两种方法的数值计算所得的照射量分布符合得比较好。     

用修正三梯度法测量束流发射度

 介绍了修正三梯度法的原理和利用该方法测量发射度的实验装置。编写了基于束包络方程的数值拟合程序，并进行了模拟计算。用修正三梯度法对3.5MeV注入器出口处脉冲电子束的发射度做了时间分辨的测量。结果表明，当空间电荷力不可忽略时，该注入器输出的电子束脉冲期间中间部分束的发射度为1 040π·mm·mrad。     

狭缝法合肥光源高亮度注入器发射度测量系统

为了测量受空间电荷效应支配的发射度,合肥光源高亮度注入器采用了狭缝法进行测量,研究了基于狭缝法发射度测量系统的构成,并以实例比较了单狭缝和多狭缝在发射度测量系统中的应用。两种测量方法的结果表明:单狭缝法测量的结果更接近于模拟计算值,可有效避免子束团之间的重叠,适用范围更广。实验结果表明:在240 pC电荷量情况下,合肥光源高亮度注入器仍然具有较小的归一化发射度,为（1.840.085） mmmrad。     

“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。     

Instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle

One kind of instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle and double imaging optical method has been set up. It is mainly adopted in the test for the intense electron-beam produced by a linear induction accelerator. The system features two characteristics. The first one concerns the system synchronization signal triggered by the following edge of the main output waveform from a Blumlein switch. The synchronous precision of about 1 ns between the electron beam and the image capture time can be reached in this way so that the electron beam emittance at the desired time point can be obtained. The other advantage of the system is the ability to obtain the beam spot and beam divergence in one measurement so that the calculated result is the true beam emittance at that time, which can explain the electron beam condition. It provides to be a powerful beam diagnostic method for a 2.5 kA, 18.5 MeV, 90 ns (FWHM) electron beam pulse produced by Dragon I. The ability of the instantaneous measurement is about 3 ns and it can measure the beam emittance at any time point during one beam pulse. A series of beam emittances have been obtained for Dragon I. The typical beam spot is 9.0 mm (FWHM) in diameter and the corresponding beam divergence is about 10.5 mrad.     

射频腔光阴极注入器发射度研究

 在激光驱动的光阴极注入器产生的高亮度电子束中，空间电荷引起发射度的增长。分析了射频腔中引起发射度增长的因素以及解决这个问题的办法——在射频腔的阴极附近加一个螺旋聚焦磁场进行补偿，也给出了补偿后电子束的发射度并和数值模拟结果进行比较，实验测试表明，所得结果比较符合。     

厚靶轫致辐射特性的数值模拟研究

X光机正朝高能强流方向发展.这些装置中普遍采用mm厚度的重金属厚靶,其辐射特性和各种参数间的规律受到关注.本文采用基于蒙特卡罗法的EGS4程序比较全面的研究了高能X光机中所关心的靶厚度的选择、轫致辐射场的角分布和X射线能谱的规律.同时还专门就X光强度和束流发射度、打靶焦斑尺寸三者的依赖关系进行分析,结论表明针对现有的X光机参数,不用担心因追求小焦斑而带来X光照射量的损失。文中还分析了强束流条件下单粒子蒙特卡罗模拟程序的适用性.文中结论和已有实验结果吻合,对实际工作具有意义.     

曙光一号自由电子激光器(FEL)电子束发射度的分析

对曙光一号自由电子激光装置电子束发射度的测量值进行了深入的分析。严格地计算了不同发射度的束流在摇摆器内的传输,计算了发射度对激光功率的影响。由此得出,曙光一号自由电子激光器可以省去9米长的束流选择段。     

ATPF–a dedicated proton therapy facility

A proton therapy facility based on a linac injector and a slow-cycling synchrotron is proposed. To obtain good treatments for different cancer types, both the spot scanning method and the double-scattering method are adopted in the facility, whereas the nozzles include both gantry and fixed beam types. The proton accelerator chain includes a synchrotron of 250 MeV in maximum energy, an injector of 7 MeV consisting of an RFQ and a DTL linac, with a repetition rate of 0.5 Hz. The slow extraction using the third-order resonance and together with the RFKO method is considered to be a good method to obtain a stable and more-or-less homogenous beam spill. To benefit the spot scanning method, the extraction energy can be as many as about 200 between 60 MeV and 230 MeV. A new method – the emittance balancing technique of using a solenoid or a quadrupole rotator is proposed to solve the problem of unequal emittance in the two transverse planes with a beam slowly extracted from a synchrotron. The facility has been designed to keep the potential to be upgraded to include the carbon therapy in the future.