直线加速器中的非线性空间电荷效应和发射度增长

直线加速器中束团的非线性空间电荷效应是引起发射度增长的重要原因之一．根据计算在屏蔽筒中非均匀分布京团的空间电荷效应的普遍方法，推导了直线加速器圆波导中几种非均匀分布束团的非线性场能公式，并给出数值计算结果．讨论了由非线性所引起发射度增长．     

电荷束团横向非均匀密度分布引起的发射度增长

直线加速器中电荷束团的非线性效应是导致束流发射度增长的一个重要原因。本文给出了直线加速器中几种常见的横向非均匀电荷密度分布的有限长空间电荷束团所具有的非线性自场能,得到了由束团非均匀电荷密度分布引起的发射度增长。     

LIA注入器发射度增长机理研究及其抑制措施

根据直线感应加速器(LIA)的特点采用了轴对称直流模型,结合E.P.Lee的理论导出了发射度增长的微分方程,提出了一种直线感应加速器发射度增长的机理,根据该机理计算了从均匀分布到高斯分布的演变过程中发射度增长的大小,指出直线感应加速器(LIA)注入器阶段束流发射度增长主要是由于非线性效应导致的束刨面电流密度分布变化引起的.根据研究结果,提出了相应的抑制发射度增长的措施.     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向r和纵向z都满足高期分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系.     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型，并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向ｒ和纵向ｚ都满足高期分布，推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式；通过数值模拟计算，给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线，讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系．     

束流传输管道孔径变化引起的束团场能差

由直线加速器提供的用于自由电子激光(FEL)的电子束团,在其传输过程中常会遇到传输管道孔径变化的情况.本文在电荷密度均匀分布假定下,应用直线加速器中空间电荷束团的有限长柱模型,推导得到了束流传输管道孔径变化引起的束团场能变化及场能差公式.数值计算结果表明,它与国外以往所采用的以连续束流来代表直线加速器中电荷束团而得到的结果,有很大的差别,并且是更符合直线加速器中的电荷束团的实际情况,因而是更精确和可靠的.     

合肥软X射线波段自由电子激光注入器模拟优化

合肥软X射线波段自由电子激光项目是基于直线加速器的软X射线光源. 其注入器由光阴极微波电子枪与两个直线加速3米段构成. 光阴极微波电子枪产生束团电荷量1nc、峰值流强100A、重复频率10Hz电子束流, 并利用螺线管磁场在其出口处进行发射度补偿, 在经过一段漂移距离后电子束流进入增强直线段加速. 使在低能端由于空间电荷效应产生的横向发射度增长基本被完全补偿. 本文中利用PARMELA对注入器进行了模拟计算, 对发射度的补偿效果进行了优化, 同时对注入器内各元件的布置也进行了优化. 在注入器出口可以得到归一化横向发射度小于1.5mm.mrad的低发射度束流.     

回旋加速器中的空间电荷效应和束晕

在考虑束团内粒子之间的空间电荷相互作用力的条件下,对日本理化研究所(RIKEN)现有的一台注入器(加速常数为K70的AVF型回旋加速器)中束团的演变过程进行了模拟计算.模拟结果表明,束团的形变、束晕现象同样发生在回旋加速器中,不过,其产生机制不同于直线加速器.它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

束团序列发射的相干同步辐射强度数值计算

提出一个新颖的射频电子束团序列在偏转或者摇摆磁场中发射的相干同步辐射相干迭加导致辐射增强的理论模型,并基此分析和计算了利用BFEL装置的3?0MeV射频直线加速器产生的电子束团序列发射的相干辐射增强效应.由讨论可知,不同的束团产生的相干同步辐射之间存在相干性源于束团间的相干性;这种束团间的相干性引起的辐射增强迭加在单个束团产生的相干辐射功率谱上;随着波长的增长,这种辐射增强呈现规则的高速振荡效应;束团间相干性引起的强度增强近似约为宏脉冲内所含束团数的平方.最后提出利用所设计的毫米波Michelson干涉仪检测BFEL装置的电子束团序列的相干性的实验设想.     

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并，为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响，对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示，在束团合并过程中，束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡，导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变，是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响，采用多谐波前馈系统进行补偿，达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的，从而确保了BRing中引出束流的品质，同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。     

RF腔光阴极注入器中热发射度的测量研究

论文介绍RF腔光阴极注入器中热发射度的测量方法，在注入器中有三个因素影响热发射度的测量，它们是：射频场效应、空间电荷效应和发射度测量误差. 在注入器出口处，电子束发射度由：热发射度、射频场效应引起的发射度增长和空间电荷效应的发射度增长三部分组成. 论文从注入器中发射度增长理论和模拟出发，给出了一个能够消除射频场效应和空间电荷效应的热发射度测量方法.     

强流AVF型迴旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型迴旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程(考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况).在假定动力学方程中各参数值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算.结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流迴旋加速器中束流损失的一个主要原因.但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

强流AVF型騒旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型験旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程(考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况).在假定动力学方程中各参数值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算.结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流験旋加速器中束流损失的一个主要原因.但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80 pC的电子束在350 keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14 mmmrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27 mmmrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。     

低能强流带电粒子束的非线性空间电荷效应理论

本文用解析方法研究低能强流带电粒子束的非线性空间电荷效应。文中确定了粒子温度为零的束的发射度图形形状的变化和束的初始束流密度分布之间的关系,由此导出了计算粒子温度不很高的束在非线性空间电荷场作用下发射度图形变化和有效发射度增长的近似方法。     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计（英文）

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

强流AVF型Hui旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型Hui旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程（考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况）,在假定动力学方程中各参值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算,结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流Hui旋加速器中束流损失的一个主要原因,但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的。     

准周期聚焦–加速耦合系统的均温设计方法

强流质子直线加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长.理论已经证明,强的空间电荷作用在不同自由度之间的耦合,会因为其间的温度差异,通过束流的相干不稳定性,使束流发射度增长.因此,有必要按照均温的原则设计强流加速器.但是,由于质子直线加速器的各种加速结构均为准周期耦合系统,使得均温设计十分繁琐而难以达到完全均温.我们利用国际上通用的束流动力学软件TRACE3-D,给它补充了均温设计功能,通过与PARMILA程序的配合使用,可以方便地在加速器设计中实现均温条件.本文将介绍我们对TRACE3-D的修改补充,并以强流质子直线加速器设计实例,说明均温设计的必要性.     

BEPCⅡ直线加速器发射度测量

BEPCⅡ直线加速器采用改变四极磁铁励磁电流,测量获取的束流横截面荧光图像得到束流包络,进而通过对束流包络和励磁电流的拟合计算得到束流发射度和Twiss参数.在BEPCⅡ直线加速器的改进过程中,发现并解决了影响发射度测量结果准确性的多个问题,改进了束流横截面测量方法和发射度计算方法,提高了测量结果的准确性.根据BEPCⅡ直线加速器的具体情况,还编写了束流截面测量程序和发射度计算程序,提高了发射度的测量和计算速度,方便了发射度测量实验的使用.