兰州重离子加速器冷却储存环中电子冷却性能

为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39 MeV/u的58Ni19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

 HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区，由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用，使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程，研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场，电子束包络的振荡频率也不相同；在相同的条件下，磁场越强，电子束包络振荡幅度越小，电子束能量越大，其包络的振荡频率也越快。     

实验环Betatron振荡随机冷却的模拟

随机冷却是一种基于带宽反馈系统对束流振荡进行衰减的冷却方法,更适合冷却较大发射度和动量分散的次级粒子束,与电子冷却互补,可以得到更高品质的束流。兰州重离子研究装置(HIRFL) 目前处于冷却存储环的实验环随机冷却系统的设计和建造阶段。通过对横向Betatron 振荡的模拟,得到了提高系统带宽、增加探测器(Pick-up) 和冲击器(Kicker) 的个数、降低系统噪声温度等对缩短冷却时间和减小冷却平衡值的重要作用。同时,分析了较大的动量分散或较大的放大器增益对Betatron 振荡冷却过程产生的加热现象。Stochastic cooling, based on a feedback system, aims at damping the oscillation of particles. Stochastic cooling is more suitable to cool secondary beam with larger size and momentum spread, and it is therefore can be complemented with electron cooling, in order to obtain beam of higher quality. Stochastic cooling system is being designed and constructed on the experimental Cooling Storage Ring of HIRFL. By simulation of Betatron stochastic cooling, it is obtained that the importance for shortening the cooling time and reducing cooling equilibrium by improving bandwidth, increasing the numbers of pickup and kicker, and decreasing the system noises. Meanwhile, the heating during the cooling process caused by larger momentum spread or larger gain of amplifier is analyzed.     

储存环内纵向Palmer方式随机冷却过程模拟

基于Fokker–Planck方程,模拟了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL–CSR)实验环内重离子束的Palmer方式纵向动量冷却过程,在模拟过程中,得到并应用使冷却达到最快的系统最优增益曲线.对模拟结果进行了讨论.     

CSR实验环电子冷却装置的纵向电子束温度

电子冷却装置中, 电子束纵向温度是计算冷却力的主要参量之一. 当电子与被冷却离子的相对速度很小时, 纵向冷却力与离子速度呈线性关系, 并且线性区域的宽度与电子束纵向温度有关. 通过分析影响电子束纵向温度的主要因素, 得到了兰州重离子冷却储存环实验环(CSRe)电子冷却装置中电子束纵向温度的大小.     

EicC束流冷却方案设计与模拟

对核子内部结构的研究是当前理论和实验研究的重要前沿,高能散射实验是探索核子结构的理想工具。中国科学院近代物理研究所计划在已开建的强流重离子加速器项目(HIAF)的基础上,升级建造中国极化电子离子对撞机(EicC)。EicC将提供质心系能量为15～20 GeV的电子和质子双极化束流,对撞亮度设计指标为2×10³³ cm^-2s^-1,离子束的有效冷却是EicC实现亮度目标的关键。针对离子束流初始发射度大、能量高、流强强的特点,EicC采用两级束流冷却方案,首先在增强器(BRing)中利用常规直流电子冷却器降低离子束流发射度,其次在对撞环(pRing)中采用基于能量回收型直线加速器(ERL)的高能束团冷却系统,抑制对撞过程中的离子束发射度增长。以质子束为例,模拟研究了EicC束流冷却装置中电子束的尺寸、温度、冷却段的磁场和束流光学参数对冷却速率和冷却过程的影响,最终得到了满足亮度要求的束流冷却参数。     

铬原子束横向一维激光冷却的蒙特卡罗方法仿真

激光汇聚铬原子沉积实验中,铬原子束准直度的好坏非常重要.利用蒙特卡罗随机思想选取原子轨迹初始条件,将⁵²Cr原子以外的其他同位素、纵向速度分布和横向发散角等因素综合考虑,对铬原子束横向一维激光冷却进行了优化分析.经过与均匀取值法比较,这种方法能够更好地体现原子运动的不确定性,挑选出不参与冷却过程的同位素,使考察界面内原子束的横向位置分布更好的符合实验结果.结果显示,冷却过程中其他同位素的存在使原子束横向位置分布的中心最大值减小9.3%,半高宽增加11%,并且增加轮廓曲线的基底. 关键词： 激光冷却 蒙特卡罗方法 铬原子束     

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。     

HIRFL-CSR电子冷却束流位置测量系统

高效率的电子冷却过程, 要求电子束与离子束位置平行且重叠。 为了同时测量电子束与离子束的位置, 在HIRFL CSR电子冷却装置上研发了以容性圆筒形极板为感应电极的束流位置探测系统。 系统测量束流通过探针时产生的脉冲感应信号, 并进行傅里叶变换得到频谱信号, 分析4个不同电极上频谱信号强度获取束流的位置信息。 测量结果表明, 该束流位置探测系统测量准确, 为定量研究储存环离子累积和电子冷却过程与两种束流相对位置及角度的依赖关系提供了条件。 The efficient electron cooling requires that the ion beam and electron beam are parallel and overlapped. In order to measure the positions of ion beam and electron beam simultaneously, a beam position monitor system is developed for the HIRFL-CSR electron cooler device, which probe consists of four capacitive cylinder linear cut poles. One can get the both beam positions from the picking up signals of four poles by using Fourier transform(FFT) method. The measurement results show that the beam position monitor system is accurate. This system is suitable for investigating the relation between electron cooling processing and the angle of ion beam and electron beam.     

HIRFL–CSRm纵向随机冷却——Palmer冷却研究

对拟在HIRFL-CSRm上建造的纵向Palmer冷却进行了数值优化计算,得出了最佳带宽、最佳增益及最短冷却时间,并运用Fokker-Planck方程进行了模拟,得到了动量散度分布函数在冷却过程中随时间的变化,从而为纵向冷却系统的具体设计和优化提供了重要的理论依据.     

Simulation of Electron Cooling Proces in a Storage Ring

A simulation of electron cooling process for the heavy ion beam in the proposed HIRFL Cooler-Storage Ring(HIRFL-CSR)is performed by taking into account the betatron and synchrotron oscilations of single particle.The continuous evolution of ion beam emittances and relative momentum spread are shown.Some factors that influence the cooling speed,like the space charge effect of electron beam,the dispersion in cooler section and the electron beam transverse temperature are presented.     

HIRFL-CSR主环电子冷却模拟计算

以¹⁶O⁸⁺为例,用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随离子能量、初始发射度、初始动量分散、离子流强以及离子电荷态的变化规律,研究了储存环在冷却段的β函数和色散函数对冷却时间的影响.     

Commissioning of electron cooling in CSRe

The 400 MeV/u 12C6+ion beam was successfully cooled by the intensive electron beam near 1 A in CSRe.The momentum cooling time was estimated near 15 s.The cooling force was measured in the cases of different electron beam profiles,and the different angles between the ion beam and electron beam.The lifetime of the ion beam in CSRe was over 80 h.The dispersion in the cooling section was confirmed as positive close to zero.The beam sizes before cooling and after cooling were measured by the moving screen.The beam diameter after cooling was about 1 mm.The bunch length was measured with the help of the signals from the beam position monitor.The diffusion was studied in the absence of the electron beam.     

电子束在弯曲螺线管中的运动

 为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

CSR电子冷却系统电子束空间电荷效应对电子束温度的影响

 通过求解电子冷却系统中冷却段漂移管区的强流电子束产生的空间电荷场,研究了电子束空间电荷效应对电子温升的影响。结合HIRFL CSR电子冷却系统的典型参数,得到了电子在自身空间电荷场和纵向螺线管磁场组成的交叉场作用下产生的漂移速度和由此引起的附加温度大小,并指出减小电子束空间电荷效应的方法。     

HIGHLYCHARGEDATOMICPHYSICSATHIRFL－

ＨＩＧＨＬＹＣＨＡＲＧＥＤＡＴＯＭＩＣＰＨＹＳＩＣＳＡＴＨＩＲＦＬ－ＣＳＲＭａＸｉｎｗｅｎＷａｎｇＹｏｕｄｅＨｏｕＭｉｎｇｄｏｎｇＪｉｎＧｅｎｇｍｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｏｄｅｒｎＰｈｙｓｉｃｓ，ＡｃａｄｅｍｉａＳｉｎｉｃａ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３...     

Commissioning of electron cooling in CSRm

A new generation electron cooler has started operation in the heavy ion synchrotron CSRm which is used to increase the intensity of heavy ions. Transverse cooling of the ion beam after horizontal multi-turn injection allows beam accumulation at the injection energy. After optimization of the accumulation process an intensity increase in a synchrotron pulse by more than one order of magnitude has been achieved. In given accumulation time interval of 10 seconds, 108 particles have been accumulated and accelerated to the final energy. The momentum spread after accumulation and acceleration in the 10-4 range has been demonstrated in six species of ion beams. Primary measurements of accumulation process varying with electron energy, electron beam current, electron beam profile, expansion factor and injection interval have been performed. The lifetimes of ion beams in the presence of electron beams were roughly measured with the help of DCCT signal.