北京正负电子对撞机中的束束作用偏转效应

 利用静电分离器对正负电子束团在垂直方向上的相对轨道偏差进行了扫描,并用数字示波器对束流轨道的变化进行监视,在北京正负电子对撞机(BEPC)上完成了垂直方向上的束束作用偏转效应的观察与测量。实验过程和实验结果可为北京正负电子对撞机改进工程(BEPCⅡ)的对撞调节提供参考依据。把束团之间相对位置偏差的测量转换为对束流偏转角度的测量是可行的,也是有效克服束流位置探测器分辨率不足的一种方法。     

欧洲大型强子对撞机创质子对撞能量新纪录

 欧洲核子研究中心2012 年4月5 日发表公报称,欧洲中部时间当天00 时38 分, 大型强子对撞机值班组报告对撞机达到束流稳定运行模式,两束各为4 万亿电子伏特的质子束流在4 个交汇点发生对撞,质子对撞的质心能量达8万亿电子伏特,创造了一项新世界记录,大幅增加了对撞机发现新物理的潜力.     

质子束轰击金属靶面的二次电子效应的模拟研究

基于粒子云网格计算方法,对质子束轰击靶面产生二次电子的效应进行了模拟研究,得到了不同电场强度对质子束的品质以及其产生的二次电子的数量的影响。研究表明,50 kV电压下,质子束束腰宽度1.8 mm,并有近10%的质子束打在阴极侧壁上;150 kV电压下,质子束束腰宽度1.2 mm。这说明,抽取电场强度小时质子束分散,其束流品质下降;抽取电场强度大时质子束紧凑。通过调控抽取、加速电压,可以有效地控制到靶质子流的聚散状况,以及由此产生的二次电子的强度及分布。     

双束流负载效应

分析研究了双束流储存环上的束流负载效应.束团纵向尾场的作用分别为:能量损失、同步频移和耦合束不稳定性,这里只研究前两个方面.以来团连续分布的束团串情形和均匀分布情形为例,给出了同步相移、频移与高次模参数及高频腔分布的关系.研究结果有助于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.当高频腔关于对撞点对称分布时,正负电子的束流负载效应相同,可以用补偿单束流负载效应的方法来补偿正负电子束团的相位.     

EicC对撞光学设计

EicC是中国科学院近代物理研究所计划建造的中国电子-离子对撞机装置,该对撞机质心能位于20 GeV附近,是研究海夸克的最佳能量窗口,同时还可研究胶子和价夸克。EicC对撞粒子为高极化率质子和电子束团,质子环pRing采用八字环设计方案,可以更好地保持极化质子束团极化率,电子环eRing采用跑道形环设计方案,可以更好地利用隧道空间。该装置电子束流能量中心值为3.5 GeV,电子束RMS发射度为水平方向60 nm·rad,垂直方向60 nm·rad,对撞点b函数为水平方向0.4 m,垂直方向0.12 m;质子束流能量中心值20 GeV,质子束RMS发射度为水平方向300 nm·rad,垂直方向180 nm·rad,对撞点b函数为水平方向0.08 m,垂直方向0.04 m,设计亮度2×1033 cm–2s–1。EicC采用双对撞区非对称光学设计,通过对EicC不同色品补偿方案的研究,最终确定了弧区加短直线节共同补偿的色品补偿方案;通过研究对撞点处b函数以及对撞点间相移对动力学孔径的影响,最终得到pRing动力学孔径大于8 s(s为束团RMS尺寸)、eRing动力学孔径大于20 s,满足大于束团尺寸6 s的要求。     

远程束–束作用的研究

已有的和建造中的对撞机的运行常常被束–束相互作用引起的非线性效果所限制,特别是大流强的束流,如正在研究中的BEPC多束团对撞方案(以下简称BEPCⅡ).BEPCⅡ上的束–束相互作用非常复杂,束团除了在南对撞点正撞外,还在环上其余11个位置有远程相互作用.本文计算了远程束–束相互作用的频移和频散.     

远程束—束作用的研究

已有的和建造中的对撞机的运行常常被束－束相互作用引起的非线性效果所限制,特别是大流强的束流,如正在研究中的ＢＥＰＣ多束团对撞方案,ＢＥＰＣⅡ上的束－束相互作用非常复杂,束团除了在南对撞点正撞外,还在环上其余１１个位置有远程相互作用,本文计算了远程束－束相互作用的频移和频散。     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

BEPC中束束效应的计算模拟

独立开发并行的正负电子储存环的束束效应模拟程序SBBE?.通过求解自由空间内的Poisson方程计算束束作用力;单圈的传输映射中引入了辐射阻尼效应和随机效应.使用它对BEPC中的束束效应进行了计算模拟,并与实测数据进行比较.结果表明,SBBE可以较好地再现BEPC中由束束效应所引发的现象,具备一定的预言能力.本工作为BEPCⅡ的束束效应模拟研究.     

中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿

针对强流质子同步加速器中的束流负载效应,基于中国散裂中子源/快循环同步加速器射频系统样机,在不降低腔体Q值的前提下,以数字化低电平控制为主要技术手段,对束流负载效应进行补偿。提出完整的由多控制环路组成的束流负载效应补偿方案。该方案主要由引入自适应算法的束流前馈和高带宽低延时的射频直接反馈,以及在束流负载下对腔体谐振状态进行控制的腔体预失谐和动态调谐等组成。     

Experimental demonstration of colliding-beam-lifetime improvement by electron lenses

We report the successful application of space-charge forces of a low-energy electron beam for improvement of particle lifetime determined by beam-beam interaction at a high-energy collider. In our experiments, an electron lens, a novel instrument developed for the beam-beam compensation, was set on a 980-GeV proton bunch at the Fermilab Tevatron proton-antiproton collider. The proton-bunch losses due to its interaction with the antiproton beam were reduced by a factor of 2 when the electron lens was operating. We describe the principle of electron lens operation and present experimental results.     

Beam-beam limit in e+e- circular colliders

Beam-beam effects limit the luminosity of circular colliders. Once the bunch population exceeds a threshold, the luminosity increases at a slower rate. This phenomenon is called the beam-beam limit. Onset of the beam-beam limit has been analyzed with various simulation methods based on the weak-strong and strong-strong models. We have observed that an incoherent phenomenon is mainly concerned in the beam-beam limit. The simulation have shown that equilibrium distributions of the two colliding beams are distorted from Gaussians when the luminosity is limited. The beam-beam limit is estimated to be xi approximately 0.1 for a B factory with damping time of several thousand turns.     

BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

Bunch beam cooling

Electron cooling is used for damping both transverse and longitudinal oscillations of heavy particle. The cooling of bunch ion beam (with RF voltage on) is important part of experiments with inner target, ion collision system, stacking and RF manipulation. The short length of an ion bunch increases the peak luminosity, gives a start-time point for using of the time-of-flight methods and obtains a short extraction beam pulse. This article describes the review of last experiments with electron cooling carried out on the CSRm, CSRe (China) and COSY (Germany) storage rings. The accumulated experience may be used for the project of electron cooler on 2.5 MeV (NICA) and 0.5 MeV HIAF for obtaining high luminosity, depressing beam-beam effects and RF manipulation.     

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.     

基于Hilbert变换的相空间重建方法在HLS逐束团测量系统中的应用

引入基于Hilbert变换的相空间重建手段, 对合肥光源(HLS)逐束团测量系统采集的数据进行了全面的分析, 其中包括单个束流位置监测器(BPM)数据的相空间重建, 逐圈逐束团振荡相位信息、束团振荡模式信息、逐束团横向工作点(tune值)变换. 提出了新的分析束团tune值的手段, 提供传统方法无可比拟的更高的时间和频率分辨率. 还对不同模式的阻尼率进行了计算, 这为衡量逐束团反馈系统的效果提供了确实可靠的方法.     

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.     

基于逐圈位置频谱的束流不稳定性

 利用上海光源储存环中受激电子束团位置信号频谱数据,确定了束团在加速器中运行的工作点及品质因数,获得了储存环垂直方向阻抗和横向阻尼率,分析了不稳定性产生的原因。阐述了加速器中受激束团的运动特点,以RLC振荡电路为基础,对束团运动进行简单的建模,利用模型中频率响应函数对频谱中的脉冲波形进行拟合,得到了用于表示运动阻尼及频率分散程度的品质因数。实验结果表明：利用该方法拟合得到的数据与原数据的相关性可达98%以上,所拟合波形与原波形整体相似度高。对不同流强下的数据进行了研究,随着流强的逐渐增加,工作点和品质因数同步减小,不稳定性加剧,流强达到阈值后,频谱中单峰分裂为双峰,束流品质降低。     

Beam-Beam Study in Beijing Electron Positron Collider mini-β Scheme

For performing mini-β scheme in the Beijing Electron-Positron Collider (BEPC),high RF voltage is supplied for shortening the bunch length,but results in the luminosity decrease. This is the special phenomenon of beam-beam on BEPC, which limits the performance of mini-β scheme. The work is aiming to explain the special phenomenon and overcome it. The conclusion of theoretic analysis,simulation and machine study is that,for BEPC,the bunch length influences the beam-beam interaction mainly through the “hourglass”effect and a veraging over the betatron phase during the collision, and these two contrary effects make the luminosity to be maximum only when σ_s/β_y (the ratio of bunch length and beta function of y-direction) is near the optimal value, and so the luminosity decrease due to high RF voltage can be avoided.     

Luminosity of a Collider with Asymmetric Beams

A formula for the collider luminosity is derived for a head-on collision of two beams with different parameters. The formula is valid for colliding and partially separated (“merging”) beams. Three particular cases are presented: the collision of two identical axially symmetric bunches, the collision of a bunch with a disbanded beam, and the collision of two disbanded bunches. The colliding beams have coinciding longitudinal axes. The formula is valid for colliding both counter propagating and co-propagating beams.