下一代LC加速结构的研究进展

下一代正负电子直线对撞机（ＬＣ）是当今国际加速器研究领域的前沿课题。它自八十年代提出以来,对其关键技术、关键部件的研究取得重大进展。本文将介绍笔者近年来跟踪调研的有关下一代正负电子直线对撞机加速结构的研究进展情况,尤其是美国ＳＬＡＣ和日本ＫＥＫ在加速结构方面的最新进展     

X波段加速管加高阶模电场分布的测试

介绍了一种用于测试X波段加速管中高阶模电场分布的笼子式微扰体的研制与标定,该微型拢动体通过专门设计加工的固定装置,在尼龙线表面平行沉积溅射数根金属丝膜制成,利用一标准圆柱腔,对笼子式扰动体的扰动因子进行了定标,证实金属丝笼子式拢动体与同外形尺寸的金属圆筒相比,具有高分辨率、高灵敏度的优点,采用笼子式拢动体测试了一根长30cm的X波段加速管中TM110模的纵向电场分布。     

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.     

直线对撞机用的RF超导多胞加速腔和陷阱模研究

为下世纪直线对撞机设计了一个9胞RF超导加速腔,其加速模的E_pk/E_acc=2.024.胞-胞间耦合系数高达1.95%.高次模通带分布均匀合理,带间无重叠,不存在陷阱模.CSE新形胞结构也保证了加速腔的机械强度.根据目前可实现的铌腔表面处理技术,束载加速梯度达到25—30MeV/m是可能的.     

X波段加速管中高阶模电场分布的测试

介绍了一种用于测试X波段加速管中高阶模电场分布的笼子式微扰体的研制与标定.该微型扰动体通过专门设计加工的固定装置,在尼龙线表面平行沉积溅射数根金属丝膜制成.利用一标准圆柱腔,对笼子式扰动体的扰动因子进行了定标,证实金属丝笼子式扰动体与同外形尺寸的金属圆筒相比,具有高分辨率、高灵敏度的优点.采用笼子式扰动体测试了一根长30cm的X波段加速管中TM110模的纵向电场分布.     

医用电子直线加速器驻波加速原理

 带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场,将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置。电子直线加速器是利用微波电场加速电子,使其具有直线运动轨道的加速装置。尽管20世纪60年代后期驻波电子直线加速器发展迅速,但其原理并不新颖。早在20世纪40年代中期,不少研究小组在研究行波电子直线加速器的同时,就已利用驻波电场加速电子。电子直线加速器有两种可供选择的工作方式,即行波工作方式和驻波工作方式。     

行波拱型加速结构研究

为了在电子直线加速器中，抑制束流爆破效应和尾场效应，中国原子能科学研究院在ＦＥＬ研究中计划采用３π／４模行波拱型腔结构，并用变分法理论设计了３ｍ长等梯度加速段，同时用铝制试验腔验证了理论设计。     

等梯度加速结构瞬时束流负载效应的计算

本文从能量守恒定律出发,对应于等梯度加速结构,推导出瞬时束流负载一般解的解析表达式.特别对应于热阴极微波枪做为注入器的情形,此时脉冲内电流随时间线性增加,首次给出这时的束负载效应的解析公式.对北京自由电子激光器的加速器系统,给出数值计算结果,可以看到由于脉内电流的增长导致脉内束能量下降的程度.     

变分原理在加速结构中应用的论证

详细地论述了加速结构中的变分原理,作者希望能指正已发表的有关文章的不足之处,并就变分方法在加速结构中的应用提出了几点注意事项.     

X波段失谐加速结构的计算

 采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构，同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸，得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明，失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高，与等阻抗加速结构相比，可以使尾场明显下降，从而降低束流崩溃发生的可能性。     

X波段失谐加速结构的计算

采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构,同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸,得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明,失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高,与等阻抗加速结构相比,可以使尾场明显下降,从而降低束流崩溃发生的可能性。     

遍举衰变过程D0→Ks0π+π–和D0→Ks0K+K–及其共振态结构的实验研究

利用北京谱仪(BES–Ⅰ)在北京正负电子对撞机(BEPC)e+e–质心系能量为4.03GeV处采集的积分亮度为22.3pb–1的数据,研究了D0→K0sπ+π–,D0→K0sK+K–的衰变及其末态的共振结构.实验测得D0→K0sπ+π–过程的分支比为(5.32±0.53±0.40)%;D0→K–π+,D0→K0ρ0和D0→K0s(π+π–)non resonance过程的分支比分别为(6.05±0.32±0.49)%,(1.17±0.17±0.13)%和(1.35±0.22±0.17)%;测得D0→K0sK+K–,D0→K0和D0→K0(K+K–)non?的分支比分别为(1.04±0.2?4±0?.16)%,(1.12±0.34±0.15)%和(0.27±0.13±0.03)%.     

加速器的粒子物理实验还有前途吗

 莫里·蒂格纳(MauryTigner)是美国康乃尔大学核研究实验室主任和物理学荣誉退休教授,他曾领导了美国超导超级对撞机(SSC)中心设计组的工作。大家知道,1993年10月,美国众参两院联席会议表决停建SSC。     

遍举衰变过程D~0→K_s~0π~+π~-和D~0→K_s~0K~+K~-及其共振态结构的实验研究(英文)

利用北京谱仪 (BES -Ⅰ )在北京正负电子对撞机 (BEPC)e+ e-质心系能量为 4 .0 3GeV处采集的积分亮度为 2 2 .3pb-1的数据 ,研究了D0 →K0sπ+ π-,D0 →K0sK+ K-的衰变及其末态的共振结构 .实验测得D0 →K0sπ+ π-过程的分支比为 (5 .32± 0 .5 3± 0 .4 0 ) % ;D0 →K -π+ ,D0 →K0 ρ0 和D0 →K0s(π+ π-)non resonance过程的分支比分别为 (6 .0 5± 0 .32± 0 .4 9) % ,(1.17± 0 .17± 0 .13) %和 (1.35± 0 .2 2± 0 .17) % ;测得D0 →K0sK+ K-,D0 →K0 和D0 → K0 (K+ K-) non 的分支比分别为 (1.0 4± 0 .2 4± 0 .16 ) % ,(1.12± 0 .34± 0 .15 ) %和 (0 .2 7± 0 .13±0 .0 3) % .     

SSC边耦合加速腔的调谐

为缩短边耦合加速腔腔片制造周期，需用部分腔片确定Ｔａｕｋ的π／２模式频率，采用整腔结尾，调节端腔频率使相邻耦合腔输出最小的方法，得到比较准确的结果。焊后调谐，耦合腔频率用近似方法调节，加速腔则用相对精确的方法调谐。用桥耦合器连接Ｔａｎｋ后，腔数增加引起π／２模式频率下降，桥耦合器的频率要调高于设计值。     

X波段2维金属光子晶体的加速结构

 光子晶体加速结构能够有效地阻尼高频率加速管中的尾场,对高能加速器中因尾场引起的束流不稳定性起到抑制作用。探索了X波段2维金属光子晶体微波加速结构的研制方法,用机械加工的方式制作了较高品质因数的2维光子晶体结构谐振腔。理论计算表明,在光子晶体结构谐振腔外围放置吸波材料,可有效地吸收加速结构中的类TM11偶极模等高次模,而对加速主模类TM01模影响较小。设计和制作了工作频率为11.42 GHz,由4个腔构成的X波段2维金属光子晶体行波加速器,实验结果与数值模拟计算值吻合较好。     

X波段2维金属光子晶体的加速结构

光子晶体加速结构能够有效地阻尼高频率加速管中的尾场,对高能加速器中因尾场引起的束流不稳定性起到抑制作用。探索了X波段2维金属光子晶体微波加速结构的研制方法,用机械加工的方式制作了较高品质因数的2维光子晶体结构谐振腔。理论计算表明,在光子晶体结构谐振腔外围放置吸波材料,可有效地吸收加速结构中的类TM11偶极模等高次模,而对加速主模类TM01模影响较小。设计和制作了工作频率为11.42 GHz,由4个腔构成的X波段2维金属光子晶体行波加速器,实验结果与数值模拟计算值吻合较好。     

X波段PBG加速结构的数值模拟和加工研究

利用3D电磁场模拟计算软件, 对X波段的金属PBG加速结构进行了模拟计算. 设计了11.42GHz的光速段行波加速腔, 并进行了耦合器调配的计算和模拟. 最后, 研究了电铸加工的方法, 并通过模拟计算给出了加工公差.     

非均匀加速结构腔间耦合系数模拟计算

电子直线加速器的聚束段对于会聚入射电子相位,提高电子直线加速器出射束流性能起着至为关键的作用. 而准确计算聚束段腔间耦合系数又是设计聚束段耦合孔几何结构的关键. 本文利用电磁场计算软件MAFIA的特征值计算模块E模块, 分别计算出单腔频率, 双腔腔链的两个本征频率,从而得到聚束段腔间耦合系数. 采用该方法,可以设计聚束段腔间耦合孔的几何参数. 与实验结果的对照表明, 这是一种非常有效的非均匀加速结构腔间耦合孔设计方法.     

周期加速结构单通带色散曲线的研究

提出一种新的分析周期加速结构的方法(腔模法).它首先利用有限元等方法计算出单个加速腔内的电短路和磁短路模式,然后构造出闭模和开模,把耦合腔中的单通带电磁场展开为开模和闭模的线性叠加,再结合耦合孔处开模对应的能通量,经过数学变换后就得到整个结构的单通带色散曲线.