束流负载与束团相位补偿

分析研究了电子储存环上的势阱扰动,分析解给出了各束团同步相移、频移随高次模参数变化的规律.该研究结果可帮助我们优化高频腔的工作模式(通过调节调谐杆的位置来改变高次模的频率)和环上束团的分布,以减小束流负载效应,还可帮助我们利用谐波腔来补偿束团相位的变化.     

双束流激发的纵向尾场与纵向不稳定性的研究

 用解析的方法研究了同向和反向运动束流激发的纵向尾场,并且给出了线性近似下束团沿环不均匀分布情形下的双束流纵向多束团不稳定性的计算公式,得出了双束流不稳定性与高频腔(或其它类腔结构)在环上位置及模的对称性有关的结论。     

直线加速器驻波腔中的瞬态束流负载效应

在高能加速器中, 随着单个束团和束团串中电荷量的提高, 当粒子束穿过加速腔的时候, 感应出的瞬态束流负载电压也越来越高. 但是, 在通常分析束流负载的时候, 往往对稳态束流负载研究的比较多, 而对瞬态束流负载的研究要相对少一些. 本文首先对束流负载的瞬态特性和束团穿过加速腔时高频源所看到谐振腔谐振频率的变化方式进行了分析, 然后又对两种情况下谐振腔的最优失谐条件进行了讨论, 并给出了相应的解析公式. 在第1种情况下, 当粒子束穿过加速腔的时候, 谐振腔的自然谐振频率能够及时地得到调节, 从而使高频源的电流与谐振腔的腔压同相, 以提高高频源的效率; 在第2种情况下, 当粒子束穿过加速腔的时候, 谐振腔的自然谐振频率保持不变, 不能被调节. 最后, 还对BEPCⅡ现有预注入器的预聚束腔、BEPCⅡ未来预注入器的两个次谐波聚束腔中的瞬态束流负载效应进行了分析.     

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。     

非均匀束团在储存环高频腔中产生的高次模功率

通过分析束流频谱与高频腔高次模的相互作用,提出了计算单束流和双束流储存环中非均匀束团产生的高频腔高次模功率的方法,推导出了这两种情况下的一般通用公式,并对所得到的解析结果进行了比较和讨论.     

合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz，因此，系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性，而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等，从而将提高机器的运行性能。     

BEPCⅡ零模束流反馈系统研制

 为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强（910 mA）时的纵向振荡（零模）,引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。     

纵向逐束团束流反馈冲击器模型腔的研制

纵向束流反馈系统是近年来国际上迅速发展并广泛应用的抑制储存环纵向耦合束团不稳定性的方法,冲击器是其中的关键部件之一.结合BEPCⅡ设计参数,研制了纵向束流反馈冲击器模型腔,并且利用同轴线法测量了该模型腔的阻抗和带宽,满足设计要求.该模型腔设计采用脊波导加载带鼻锥的pillbox腔体的方案,束流管道设计为BEPCⅡ标准跑道形.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

Longitudinal Single Bunch Instability Caused by Wake Field of Electron Cloud

The electron cloud accumulated in the vicinity of positron beam generates longitudinal electric field during the passage of bunch. The longitudinal interaction between bunch and electron cloud can lead to the distortion of the bunch shape. We use a simple analytic formula to calculate the longitudinal electric field due to electron cloud. Based on the longitudinal wake field, the macro-particle tracking method is used to simulate the variation of bunch longitudinal profile in different electron cloud densities and the simulation also shows that the synchrotron oscillation tune is slightly shifted by the wake field. By comparing the simulation results and the analytical estimation from potential distortion theory, the longitudinal wake field from electron cloud can be seen as a potential well effect.     

合肥光源单束团下束团长度和能散的测量

 根据同步光与储存环中的束流信号具有相同的时间结构的原理,测量同步光脉冲的半高全宽值可以计算出束团的长度。根据合肥光源的特点和实际需要,选择快速光电接收器搭配高速高带宽示波器作为在线测量束团长度和纵向分布等的主要手段。对单束团模式下束团长度随流强和高频腔腔压的变化趋势进行了测量。测量结果表明：束团长度与腔压的0.3次方成反比,比理论值0.5小;而束团长度随流强的增长率为2.0 ps/mA。通过测量纵向量子寿命进行了能散随流强变化的间接测量,结果表明,束团的拉伸是能散变化和势阱效应共同作用的结果。     

束团伸长效应的理论研究

 论述了束团伸长效应现有理论的不足和困难。在强流条件下，用统计力学理论解出粒子纵向分布函数，从而将目前关于束团伸长现象的平衡理论和微波不稳定性理论用统一的形式加以描述。并且在理论上证明了束团伸长效应在本质上是多束团效应，指出了窄带阻抗对束团伸长效应的重要贡献。     

BEPCII直线注入器的尾场效应

BEPCII直线注入器中的强流、短束团的尾场效应将损害束流的性能.用分析解和数值模拟计算的方法,系统地研究了尾场对纵向和径向束流动力学的影响,包括单束团的短程尾场和多束团的长程尾场对束流能量、能散、发射度、轨道和初级电子束在正电子产生靶上束斑尺寸的影响等.研究了有效抑制这些尾场效应的措施     

Wakefield Effects on the BEPCII Injector Linac

The high current and short bunch of the electron beam in the BEPCII injector linac cause the wakefield effects on the beam performance dilution. These wakefield effects on longitudinal and transverse beam dynamics are systematically studied with analysis and numerical beam modeling, including the single bunch short-range wake effects and the multi-bunch long-range wake effects on beam energy, energy spread, emittance, orbit offset and primary electron beam spot size on the positron production target. The measures to effectively cure these wake effects are also studied.     

包含辐射阻尼效应的束流纵向微波不稳定性研究

 包含束团辐射阻尼效应的Fokker-Planck方程是比较完备地描述粒子运动状态的束团分布方程。在Fokker-Planck方程的基础上采用微扰展开方法对纵向微波不稳定性的发生机制及过程进行了分析，并且根据计算结果，研究了辐射阻尼效应对纵向微波不稳定性的影响。在计算中包含了静态的势阱畸变效应。计算结果表明，包含辐射阻尼效应的纵向微波不稳定性阈值高于没有辐射阻尼效应的不稳定性阈值。     

储存环部分填充情况下的纵向耦合不稳定性

通过解析的方法分析了储存环在部分填充情况下的纵向耦合不稳定性,给出了不稳定性增长率和同步振荡频移的表达式.得到了一个有趣的结果:虚部阻抗对不稳定性的增长率也有贡献.这一点和均匀填充情况是不一样的.     

电子束在α-磁铁模型中传输模拟与优化

在电子直线加速器设计中,α-磁铁通常被用来压缩脉冲长度,采用热阴极微波电子枪和α-磁铁相结合的设计,可以获得皮秒或亚皮秒量级脉冲长度的电子束。电子束在α-磁铁中的传输过程较为复杂,相关文献介绍的研究成果均是基于理想模型,且有镜板开孔的α-磁铁的束流传输研究,对α-磁铁的使用具有重要的指导作用。本文首先简单介绍了用于高能电子成像装置的α-磁铁模型的设计,对电子束在理想模型与α-磁铁模型中传输模拟结果进行对比分析,验证了所构建模型可以有效地实现脉冲纵向压缩的结论。此外,对以优化角度进入α-磁铁和在空间电荷效应影响下的单束团及多束团束流动力学模拟结果进行了讨论,提出通过减小入射角度来补偿α-磁铁镜板上的束流进出孔对束流传输影响的方案。通过在α-磁铁与电子枪之间增加四极磁铁组,优化了束流发射度和束团尺寸。