多极永磁扭摆磁铁的设计与研制

简要介绍了在北京正负电子对撞机上为提高同步辐射光源性能,设计和研制完成的两台永磁扭摆磁铁的概况,给出了相应的设计参数和机械结构照片,同时也给出了扭摆磁铁的光谱特性.     

第一台真空内扭摆磁铁的设计与研制

主要介绍了北京正负电子对撞机上为提高同步辐射光源性能而设计建造的第一台真空内扭摆磁铁的概况,论述了真空内扭摆磁铁的设计要求和参数,以及研制过程中的关键技术和难度,并且给出了相应的磁场测量结果     

高能同步辐射光源低温波荡器的结构优化设计

高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)插入件系统目前正研制一台低温波荡器(CPMU)样机。为了保证辐射强度,必须严格控制磁场误差。低温波荡器由于其结构的特殊性,承载磁铁的真空内大梁工作在真空、低温环境。低温收缩引起的变形量会引起相位误差,从而降低同步辐射光的相干性。因此,控制和优化真空内大梁的变形是低温波荡器机械设计的重点。采用数值模拟计算的方法,对真空内大梁的变形量进行了分析和优化,最终通过结构优化和补偿机构的设计有效降低了其变形量,使之满足设计指标。     

Delta波荡器传导冷却的热分析与实验研究

波荡器是同步辐射光源中产生X射线的关键设备,低温型Delta波荡器可明显提高镨铁硼永磁铁的峰值场强和内禀矫顽力,进而有效抵抗辐照环境下的磁场退化。为了使永磁阵列进入液氮温区,提出了磁铁干式传导冷却方案,设计了干式低温恒温器结构,利用数值模拟完成了热力学分析优化,并搭建实验台进行了降温测试。结果表明,Delta波荡器可通过单台小型低温制冷机传导冷却进入低温状态,并突破常压饱和液氮温度,最低达到40 K,四个梁的最大温差约1 K,达到温度均匀性要求,并将磁场强度提高20%以上。低温型Delta波荡器模组达到设计指标,验证了波荡器干式传导冷却方案的可行性,对低温型波荡器的研发设计具有重要意义。     

涡流型切割磁铁的理论分析和模拟计算

从理论上推导了涡流型切割磁铁的漏场变化规律.以上海同步辐射装置(SSRF)用涡流型切割磁铁为例,进行了分析性计算和讨论,并与OPERA程序模拟计算的结果进行了比较.在此基础上,提出了降低漏场的方法和措施.     

波长移动器的效应与模拟

 超导扭摆磁铁(或称波长移动器, WLS)能产生短波长同步辐射, 研究了WLS 的效应与模拟问题。用磁场积分估计其效应,近似计算了一阶和三阶传输系数的最大项;用三个分段常 数非矩形磁极准确地模拟一阶效应,以便设计补偿手段。     

漫话插入元件

 同步辐射是本世纪70年代发展起来的一种新型光源,具有亮度高、波长（从红外到X光波段）连续可调、准直性好、完全确定的偏振度、洁净的工作环境(优于10^-9的真空度)、快速而精确的光脉冲时间结构等一系列优点,在物理、化学、生物、医学、农业、材料科学、冶金、能源、地矿、微电子、化工等多学科领域有着广泛的应用.然而,早年用于高能物理实验研究的正、负电子对撞机所产生的同步辐射虽然远远优于其它辐射光源,但从其本身的条件考虑,仍然是不大理想的.因为这样产生的同步辐射是由储存环中的弯转磁铁产生的,利用弯铁作为同步辐射光源具有一定的局限性首先,对弯转磁铁来说,其主要作用是维持储存环中电子束流在封闭的真空管道内循环,应满足储存环上的物理要求,因而同步辐射仅是其一种副产品.由下式可知:B[T]ρ[m]=3.336E[GeV].式中B为弯铁磁场,ρ为弯转半径.     

利用局部凸轨法产生可调长间隔的SR脉冲

 为了拓展合肥同步辐射光源的用途,满足一些实验需要长时间间隔同步辐射脉冲的要求,研究利用垂直局部凸轨法产生时间间隔可调的同步辐射脉冲。分别对合肥同步辐射光源的3种Lattice参数进行物理计算与数值模拟,并分析了凸轨磁铁的插入对储存环参数的影响。     

光学镜头、光学零部件

介绍了用于NSRL的X射线衍射和散射光束线中环面聚焦镜的成像原理和基本结构.分析计算了各种像差和面形精度对成像质量的影响,重点描述了镜子因受力弯曲在子午方向的曲率变化与理论值的误差以及反射表面受同步辐射光照射而产生的热载变形,进而求得实验样品上束斑成像的高度。最后用CCD探测实际光斑的尺寸.     

HEPS-TF超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计

介绍了中国高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)中超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计。该控制系统主要包括电源控制系统和低温信号监测系统。整个控制系统基于实验物理及工业控制系统(EPICS),其硬件结构以串口服务器为核心,将接口转换为标准的RS232/485接口。软件方面,通过应用StreamDevice设备驱动模块开发了基于Modbus协议的EPICS驱动,缩短了设备驱动的开发周期。上层控制界面采用嵌入了EPICS Qt框架的Qt Creator开发,增强了其灵活性。目前控制系统的离线测试已完成。     

曙光一号自由电子激光器的理论计算

系统总结曙光一号自由电子激光器理论计算的主要结果:包括曙光一号装置主要参数的选取和理解;磁场失谐曲线的计算;常参数摇摆器和变参数摇摆器的主要结果;高阶波导模的贡献;电子束参数扰动对激光性能的影响;空间电荷效应等。计算结果表明,常参数摇摆器激光输出功率可达80MW,效率约50％;变参数摇摆器激光输出功率可达250MW左右,效率约16％。     

辐照受损Wiggler的再充磁利用

报导了北京自由电子激光装置中所用永磁Wiggler的辐照受损情况及再充磁利用的研究,对于辐照受损后场强有近三分之一下降的Wiggler,对其磁块经再充磁、优化排列、重新组装,可恢复到原来的场强水平.初步实验表明,再充磁Wiggler在相同电子束流的辐射条件下应用时间比先前Wiggler多了一倍.最后,还分析了磁体辐射损伤的机制和改进办法.     

曙光一号自由电子激光器束调节研究

简单介绍了曙光一号自由电子激光器实验布局．着重就束调节方案进行了数值模拟和实验研究，给出了束流调试结果,并进行了分析；当进入摇摆器的束流为950A，摇摆器磁场为0.31T，在摇摆器长度为2．4m的位置,获得了50MW的饱和功率，经变参数实验后输出功率提高到140MW．     

Permanent magnet wigglers for reducing the emittance of the Petra III synchrotron radiation source

The Petra III synchrotron radiation source was developed based on the Petra-II 6-GeV electron accelerator (DESY). After installing the system for radiation damping, the horizontal emittance of the electron beam of Petra III decreased from 5 nm rad to 1 nm rad, which is a record parameter for this class of installations. The system of radiation damping includes 20 permanent magnet wigglers installed in two straight sections, 50 m each. The total radiation power of the wigglers reaches 800 kW. The wigglers used in the radiation damping system of Petra III were developed in collaboration with DESY (Hamburg) and fabricated by the Budker Institute of Nuclear Physics. The wiggler length is 4.04 m, the gap between the poles is 24 mm, the maximum magnetic field is B = 1.52?1.56 T, and the period is λ = 20 cm. This paper describes the design features of the permanent magnet wigglers and the methods and results of adjustment of the wiggler operating parameters.     

Reduction of the beam emittance in the charged-particle storage rings with the help of periodic magnetic wigglers

Periodic magnetic structures (wigglers) have been successfully used for a long time for controlling beam parameters in charged-particle storage rings for various purposes (including the reduction of emittance). In this work, we optimize the optical functions of the storage ring gap into which a wiggler is installed for a more effective reduction of the emittance. Optimal solutions are obtained for the first time for FODOtype and theoretical minimum emittance (TME) structures. An original method is proposed for suppressing the contribution of the wiggler fields to the radiation excitation of the phase volume of the beam by modulating the field period along the wiggler axis.     

Nonlinear simulation of a high-power, collective free-electronlaser

Results obtained with the three-dimensional nonlinear analysis and simulation code, ARACHNE, and a recent 33.4-GHz, collective, free-electron laser (FEL) amplifier experiment are compared. The experiment has demonstrated power levels of 61 MW (≈27% efficiency) without recourse to tapered magnetic fields, using a 750-keV/300-A electron beam with a nominal axial energy spread of 1.5% propagating through a cylindrical drift tube in the presence of a helical wiggler and an axial guide magnetic field. Significant differences in the character of the emission were found, depending on the direction of the guide magnetic field. When the wiggler and guide fields were parallel, observed power levels reached approximately 4 MW for both the strong and weak guide field regimes, but vanished in the neighborhood of the magnetic resonance. However, the maximum power was observed in the reversed field case when the wiggler and guide fields were antiparallel. In this case, no resonant enhancement in the transverse velocity is expected to occur; however, a significant reduction in the output power occurred in the neighborhood of the antiresonance. The ARACHNE simulation is in substantial agreement with the experiment     

磁场逐渐增强的摇摆器

研究了用磁场增强摇摆器来提高自由电子激光器效率的机制．采用KMR方程，考虑空间电荷效应，模拟计算发现自由电子激光器的效率有了很大的提高，而且电子束能散度越大，对提高自由电子激光器效率越有帮助．因此采用磁场增强摇摆器能充分利用加速器的能量来莸得更高的自由电子激光器能量 关键词：     

毫米波自由电子激光的数值模拟和实验的比较

从波导管毫米波自由电子激光器的设计要求出发,根据Livermore实验室FRED程序的物理思想,编制了空间三维的数值模拟程序(WAGFEL)。为了检验程序的可靠程度,结合ELF装置的实际参数,进行了数值模拟并和实验结果进行了比较。结果表明,把Wiggler磁场B_w增大300 Gs后,WAGFEL程序的模拟结果和Livermore实验室的实验结果基本符合。模拟使用的全部参数,除B_w增大300Gs外,都是ELF的实际参数。模拟时峰值磁场B_w=4050Gs,实验测量峰值磁场B_w=3720Gs,相差在8％左右。WAGFEL程序可以用来从事毫米波自由电子激光器的设计以及基本物理问题的研究。     

并行3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE的外加磁场模块设计

介绍了3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE中常用外加磁场加载模块的设计思路和方法,包括简单的磁场分布方程和离散数值加载、螺线管磁场加载、直线及螺旋线磁场分布加载、摇摆器磁场加载以及永磁体磁场加载等方式。每一类磁场加载模式都进行了实际算例的计算和验证,计算结果表明各类磁场加载模块设计的正确性和可靠性。最后针对具体应用,结合二极管电子束在不同外加引导磁场作用下的各种分布状态,间接验证了磁场模块设计的可行性。