Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析

 根据Corkscrew运动的特征,建立了束心Corkscrew运动及其对束流发射度的影响的理论模型,并进行了数值计算,揭示了束心Corkscrew运动造成束流积分发射度增长的一般规律,分析了有关参数对积分发射度的影响。计算结果显示,束心Corkscrew运动是叠加在束心平均偏轴上的一种横向运动,同时也是一种色散效应。虽然束心Corkscrew运动与束心平均偏轴具有很多相同的激励因素,但二者具有截然不同的机理。束流的能散度和初始入射角是Corkscrew运动的两个基本因素,而传输磁场、线圈磁轴倾斜及线圈安装方式对Corkscrew运动的幅度和频率构成较大的影响,并引起束流发射度的增长。只要存在初始入射角、初始入射偏轴或线圈磁轴倾斜中的任何一种因素,就会出现束心偏轴。在数值分析的基础上,针对减小束心Corkscrew运动和束轴的偏心提出了相应的抑制措施。     

强流直线感应加速器中束流质心横向运动初步计算

 “神龙一号”强流脉冲加速器由72个直线感应加速腔和18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。直线感应加速器的研制建造中磁轴对中偏差和聚焦磁场的自然偏差所引起的束流质心偏移轨道中心是不可避免的，由于束脉冲期间存在能散，使束流产生Corkscrew运动,导致束流品质变坏。而束脉冲期间的能散只能减小到一定水平，因此必需采取一定的措施抑制Corkscrew幅度的增长。在加速器的安装阶段，脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场，并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差进行初步校正。根据脉冲悬丝测试所得实验数据，采用传输矩阵法对加速段束质心轨迹进行了初步估计，计算中考虑了各加速腔聚焦磁场的倾斜和偏移误差。给出了计算结果和分析。     

法兰-螺栓连接对加速器对中装配同轴度的影响

由于直线感应加速器束输运系统磁场准直偏差和束脉冲期间所引起的束流Corkscrew运动是导致发射度增长的重要原因之一，因而提高磁场准直精度是抑制和减小Corkscrew振幅的重要措施。机械轴的精密对中是磁轴准直及磁场误差校正的基础。     

利用交变极性聚焦磁场抑制束质心的Corbcrew运动

提出可以利用交变极性磁场聚焦抑制Corkscrew运动，一方面可以抑制束脉冲顶部Corkscrew振荡的幅度，并提高电子束打靶位置的稳定性；另一方面通过聚焦布局的精心设计，可剔除束脉冲前后沿能散度较大的束流。数值计算结果表明，在采用交变周期为0．81m、峰值磁场设为0．2T，对能量为11．2MeV的电子束，当聚焦布局长为2．5m时，束质心位移从5mlTl(始端)被抑制至趋近于0(终端)。实验时，采用了数值计算相近的聚焦布局。     

“神龙—Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统设计

系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应,束包络振荡和束心横向运动,所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙－Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

电子束心的横向运动：Corkscrew

电子束心的横向运动：Ｃｏｒｋｓｃｒｅｗ施将君，李献文（中物院流体物理所，成都５２３信箱，６１０００３）摘要由于轴向引导磁场的存在，直线感应加速器中当束轴与磁轴有夹角时，束心要发生磁回旋运动。当电子束存在能散度时，束心的磁回旋运动演变成束心的ｃｏｒｋｓ...     

多脉冲强流电子束在线测试数据处理

在多脉冲强流直线感应加速器(LIA)的测控和诊断系统中,电子束的在线测试数据处理是重要的组成部分。多脉冲强流电子束在线测试数据处理系统是集测试仪器、计算机和工作站等组成的工业以太网,以及实现测试网络配置、测试仪器的通信及控制、数据采集、束流强度和束质心位置计算、显示以及存储等功能为一体的专用软件。多脉冲强流电子束采用基于电阻环束流位置检测器(BPM)的束流测试线路,根据束线上每个BPM测试得到的四个象限点的原始电压信号波形,以及测试线路的结构参数,计算束线上每个PBM位置的束流强度以及束质心位置随时间变化的波形,根据随时间变化的波形数据计算每个BPM位置多个脉冲束流的强度以及束质心位置的统计数据。数据的存储采用SQL和文件系统相结合的方式。这套多脉冲强流电子束在线数据处理系统在多脉冲强流LIA的调试实验中稳定可靠运行,为实验提供有效可靠的数据。     

脉冲馈入方式改变对束流传输的影响

利用加速器原有的束流传输及检测系统,在单脉冲直线感应加速器上分别对双边馈入和单边馈入情况下强流束的传输情况进行了实验测量。实验结果表明:在改变加速脉冲的馈入方式后,传输过程中电子束在加速段的束心位置发生了明显改变,将对加速器的束流输运产生非常不利的影响。通过对实验数据的比较和分析,提出了传输线延时产生双脉冲可能采用的脉冲馈入方案。     

非理想氢原子束真空环境长程传输模拟研究

模拟研究了非理想氢原子束在真空环境下的长程传输效应。根据中性化程度的不同,将非理想束分为欠中性束和过中性束。通过建立束流传输的准电磁模型,研究了束流密度、中性化因子、空间磁场和弹性散射等因素对非理想氢原子束的影响。结果表明:对于欠中性束,负氢离子的存在对氢原子的传输几乎没有影响,因此欠中性束的发射装置可以考虑去除偏置磁场,以减小设备体积和质量;对于过中性束,束流损失率与束流密度和中性化因子有关,即束流密度越大,束流损失越大;中性化因子越高,束流损失就越高;而无论是欠中性束还是过中性束,空间磁场和粒子间的弹性散射对其传输都没有影响。     

强流电子束束心横向运动调谐技术研究

 介绍了为抑制“神龙一号”加速器束流束心螺旋运动而开展的强流电子束束心轨迹的调谐技术研究和实验结果。通过束质心轨迹校正调谐,使“神龙一号”输出束流脉冲50 ns平顶部分螺旋模的振幅由大于4 mm减小到小于1 mm。同时介绍了调谐原理和方法,相关的数值模拟结果与实验结果的比较以及正在进行中的计算机智能调谐研究。     

交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理

 分析了对强流相对论电子束采用交变极性聚焦磁场聚焦存在稳定解的条件,提出了采用交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理.数值计算结果表明,在采用交变周期为1m、峰值磁场设为0.2T的情况下,对于能量为12MeV的电子束,当聚焦布局长度为2.8m时,束质心位移可从5mm（始端）被抑制至近似0 (终端);对于能量为20MeV的电子束,当聚焦布局长度为4.5m时,束质心位移可从5mm（始端）被抑制至近似0(终端)。     

神龙二号热阴极注入器束流调试

神龙二号注入器是一台感应叠加型强流脉冲电子束源,采用热阴极工作模式,为神龙二号加速器提供间隔可调的三脉冲电子束。该注入器的束流调试采取PIC模拟和实验调试交互验证、互相促进的方式,先是通过束斑测量确定引导线圈磁场的加载范围,然后通过PIC方法逐级梳理阳极段束线各线圈的磁场配置,再通过束斑测量加以确认。通过这种束流调试方法,获得了保持束流脉冲平顶完整通过的三种磁场配置,以适应下游加速段束流传输的不同要求。讨论了影响束流调试效果的因素,认为提升神龙二号注入器性能的关键是进一步改进大面积热阴极发射的均匀性。     

非层流无碰撞模型计算LIA焦斑尺寸

 在束流轨迹方程基础上，建立了非层流无碰撞数值模拟模型，并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素，编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算。计算结果表明：子束流层数一定时，焦斑直径波动在0.03 mm范围内；随子束流划分层数的不同，计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05 mm，而焦距几乎不变化，其波动在0.08 cm范围内；随子束流划分层数的增加，焦斑直径计算结果是收敛的，最终收敛值约为1.03 mm。实验得到的焦距为23.2 mm，焦斑直径1.3 mm，实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内，焦斑直径绝对误差在0.4 mm范围内。     

重复脉冲强流电子束传输技术研究

分析并推导出了环形强流电子束的稳定传输条件，通过静电磁场模拟计算对CHP01强流电子加速器二极管引导磁场的位形分布、幅值大小及磁场电源进行了优化设计.经实验调试及束斑测量，表明设计的1秒磁场满足束流稳定传输条件，能使电压800kV、电流8kA、脉冲宽度40ns、脉冲重复频率100Hz的环形强流电子束稳定传输，并已成功运用于CHP01强流电子加速器束流传输系统. 关键词： 束流传输 引导磁场 二极管 重复脉冲 电子束     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。     

喇曼型无引导场自由电子激光实验

EPA-74脉冲线加速器二极管改用凹面聚焦阴极产生束流,从有栅网阳极孔引出后,通过磁透镜将束流注进长1.5m,周期长3.45cm的双绕螺旋摇摆器中,摇摆器磁场为1.25kGs时,进入摇摆器均匀区的束流为280A,传输到均匀区末端束流130A。实验得到130dB/m的增长率和辐射输出饱和现象,饱和功率7.6MW,效率5％。由波导色散线和微波量热计分别测得辐射频率为37GHz和辐射能量48mJ。辐射波模为TE_(11)圆波模。     

离轴径向偏振光束及其传输特性

基于Wolf近轴传输理论, 导出离轴径向偏振光束光强的解析表达式, 并研究离轴量对离轴径向偏振光束传输中光强分布的影响, 同时根据一阶矩质心位置的定义推导出离轴径向偏振光束的质心坐标, 研究其质心位置的变化规律. 结果表明, 与径向偏振光束不同, 离轴径向偏振光束在近场处传输时光强分布不均匀, 随着传输距离的增加, 光强分布均匀性逐渐得到改善, 而径向偏振光束在传输中始终保持空心对称光斑. 离轴量较小时, 近场处光强分布呈非对称空心面包圈形, 随着传输距离增达到一定程度, 光强分布演化为对称空心面包圈形, 离轴量越小, 演变距离越短; 离轴量较大时, 随着光束的传输离轴径向偏振光束的空心部分消失, 逐渐由空心面包圈形向高斯型演变, 径向偏振光束特性消失. 另一方面, 离轴径向偏振光束的质心不随传输距离的改变而改变. 质心纵坐标恒为零, 质心横坐标与光斑尺寸及离轴量相关. 随着光斑尺寸增大, 质心横坐标成线性增长. 当离轴量较小时, 质心横坐标随离轴量的增大呈非线性增长, 增长量不明显; 离轴量较大时, 质心横坐标随离轴量的增大呈线性增长, 且变化明显.     

利用电压异步调节束流能散度

对直线感应加速器加速电压的同步性对束流能散度的影响进行了分析,结果表明:考虑束流负载效应后,束流的不同部分将得到不同的能量增益,前后沿部分相对于平顶部分得到更多的能量增益,从而在一定程度上增加整个束流的能散度,限制了加速器光源尺寸的进一步减小。因此,提出利用调节加速电压异步的方法来调节束流不同部分得到的能量增益,从而在一定程度上降低整个束流脉宽期间的能散度。初步的试验结果也证明,加速电压的异步调节可以明显改变束流整体的的能散度。     

用钮扣电极测量强流直线感应加速器束流位置

 介绍了钮扣电极测量强脉冲束流位置的基本原理，以及针对钮扣电极所设计的一套模拟实验标定装置；着重介绍了钮扣电极测量束流位置的实验过程，以及在实验中所遇到的问题和对实验平台所做的改进。实验表明钮扣电极对束流位置的测量精度达到亚mm量级，对于束位置偏心测量的相对误差范围在10％以内。