基于PIC方法的二维束流动力学模拟程序及其初步应用

为了深入研究强流负氢束在强流质子回旋加速器CYCIAE-100轴向注入线中的传输, 利用split-operator方法分解外场和束流自身的空间电荷场的作用. 对外 场利用单粒子跟踪技术, 采用一阶线性近似; 对空间电荷场采用PIC方法, 利用 快速傅里叶变换求解Poisson方程. 用FORTRAN95语言开发了一个基于面向对象技术的二维宏粒子传输计算程序CYCPIC2D, 本程序可以计算任意分布的强流束在输运线上的传输.最后给出了对CYCIAE-100注入线的模拟计算结果, 并和程序ORBIT, TRACE 3-D的结果进行比对验证, 结果表明: 空间电荷效应在此注入线上有较大的影响, 而且3个程序计算的不同中性化的结果基本上一致; 束流强度达到几十毫安时, 基于PIC方法的两个程序CYCPIC2D和ORBIT的计算结果完全吻合, 而线性近似程序TRACE 3-D有明显差异.     

窄带阻抗对束团纵向平衡分布的影响

从电子运动方程出发,得到了Haissinski方程和窄带阻抗感应电压表达式,然后采用分析和数值方法,分共振频率远大于、接近、远小于束团特征频率三种情况,详细分析了窄带阻抗对单束团的静态分布的影响.     

返波型行波电子直线加速结构的理论研究

比较了行波与驻波两种工作方式以及前向波与返波型行波的不同特点;研究了返波型行波电子直线加速结构的工作特性;并针对返波型行波电子直线加速结构的特点,进行工作模式的选择;对工作频率为2856MHz,3π/4模的返波加速结构进行了优化设计;研究了带聚束段的返波型行波加速管的纵向与横向粒子动力学问题;为海关大型集装箱在线检测用加速器设计了一根9MeV返波型行波加速管,并与采用盘荷波导结构的加速管进行了对比.研究结果表明,返波型行波电子直线加速结构具有一定的优势,它把鼻锥型加速结构分流阻抗高及盘荷波导行波工作方式填充时间短,工作稳定性好等优点结合起来,性能明显优越.     

反馈调制型同轴虚阴极振荡器

 对反馈调制型同轴虚阴极振荡器进行了理论分析和数值模拟研究,结果表明:该器件通过增加同轴谐振腔结构并引入反馈可以对入射电子束形成明显的调制效果,从而使得器件具有高束波转化效率和频率单一稳定的特性;同时输出微波的频率被器件结构中的同轴谐振腔锁定,调节腔参数可以在一定范围内对输出微波频率进行调谐;在二极管电压约为600 kV,电子束功率26.2 GW条件下,可以得到平均功率3.6 GW的微波输出,转换效率达到13.7%,主频为5.5 GHz,模式为TM₀₂模。     

First experimental research of the bunch compressor at CAEP

Magnetic bunch compressor is one of the key technologies on the path to next generation accelerator driven facilities. In this paper we report the design principles and the first experimental research of the bunch compressor developed at Chinese Academy of Engineering Physics （CAEP）. The length of the bunch after compressor is found to be about 0.7 ps （rms） and the peak current exceeds 500 A when operated in the optimized condition. The sensitivity of the bunch length on the phase of the acceleration field and magnetic field of the bunch compressor was also measured and analyzed.     

矢量有限元方法精确计算轴对称?谐振腔高阶模

采用矢量有限元方法计算了任意轴对称谐振腔高阶模的本征频率.这种方法能够将数学模型和物理理论很好地结合起来,避免了一般有限元方法计算谐振腔本征模式中可能出现伪根的问题,并且可以通过采用二阶标量和矢量基函数,在较少的网格数的情况下得到很高的计算精度.基于该方法的程序Cafe为进一步精确研究下一代直线对撞机失谐结构的尾场奠定了基础.     

清华大学汤姆逊散射超短脉冲X射线源研究

 介绍了清华大学加速器实验室近年来关于汤姆逊散射超短X射线源的研究工作;研究了在任意散射角度下电子束参数和激光束参数对散射光子参数的影响,给出了散射光子的参数如光子产额、脉冲长度、时间抖动等与电子束参数、激光束参数和散射角度的关系;利用实验室已有的16 MeV反波行波加速器与中国工程物理研究院激光聚变研究中心提供的ns调Q激光搭建了汤姆逊散射初步实验平台并开展了实验研究;加工了1.6-cell光阴极微波电子枪,搭建了高功率实验平台,对产生的电子束参数进行了初步测量;对汤姆逊散射超短X射线源进行了设计并开展了相关的平台建设工作,对产生的X射线脉冲参数进行了模拟。     

感应加速腔横向阻抗模拟计算

束腔相互作用导致的束流崩溃不稳定性 (BBU)将严重地恶化束品质 ,而加速腔横向阻抗反映了这种相互作用的强弱。用 MAFIA程序对三种不同的感应加速的腔横向阻抗进行了模拟计算。计算结果与采用脉冲双线法测量的结果反映了相同的物理性质。     

用修正三梯度法测量强流脉冲束时间分辨发射度

三梯度法是加速器发射度测量的一种常用方法,但在低能强流的加速器上,由于空间电荷效应很显著,常规的三梯度方法不再适用.修正三梯度法是常规三梯度法考虑空间电荷效应后的改进,本文描述了修正三梯度法用于强流脉冲电子束发射度测量的理论依据,介绍了修正三梯度方法的实验方案.在35MeV,26kA,～100ns和18MeV,26kA,～100ns的两种强流脉冲电子束进行了发射度的实际测量.文中给出了在两种电子束上分别获得的实验结果和误差分析.实验结果表明,修正三梯度方法是强流脉冲电子束发射度测量的一种有效的手段.     

Fokker-Planck方程与Vlasov方程在模耦合理论研究中的比较

模耦合理论比较成功地解释了微波不稳定性的发生,其理论基础是Vlasov方程.Fokker-Planck方程包含了束团的辐射阻尼效应和量子激发效应,是比较完备地描述粒子运动状态的束团分布方程.比较了Fokker-Planck方程和Vlasov方程在来源、意义和解法方面的关联和不同,同时介绍了一种多项式展开束团耦合模式来求解Fokker-Planck方程的方法,并在静态分布中包含了势阱畸变的效应.