BEPCⅡ中电子云不稳定性模拟研究

正电子储存环在多束团运行时有可能发生电子云不稳定性(ECI)?.本文针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的具体条件,编写发展了模拟计算程序,以不同电子云密度抑制措施下的计算结果为基础,研究了耦合束团不稳定性和单束团不稳定性,给出了电子云不稳定性增长率和阈值密度以及色品对束团尺寸增长的抑制作用,为储存环中电子云不稳定性的前沿科学研究和BEPCⅡ工程设计提供了有意义的结果.     

BEPC中的电子云不稳定性研究

多束团正电子储存环中可能发生电子云不稳定性(ECI). 自1996年起, 在北京正负电子对撞机(BEPC)上开展了与这种束流不稳定性相关的系列研究. 文章扼要介绍在BEPC上进行的电子云不稳定性研究, 包括实验观测和模拟计算, 并讨论可能的抑制措施.     

BEPCⅡ中电子云密度的计算研究

正电子储存环在多束团运行时有可能发生电子云不稳定性(ECI).本文针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的具体条件,区别于国外的研究编写发展了模拟计算程序,首次给出了前室型真空管道中电子云的聚集情况,定量计算了不同前室长度,不同二次电子产额作用下的电子云密度;通过模拟计算研究了在真空管道中放置清洗电极来降低电子云密度并改变密度分布以抑制不稳定性的可能性,为储存环中电子云不稳定性的前沿科学研究和BEPCⅡ工程设计提供了有意义的结果     

BEPC上离子引起的耦合束团不稳定性分析

对在北京正负电子对撞机(BEPC)上观测到的由离子引起的电子束二极耦合束团不稳定性的实验数据作了分析处理,给出了这种二极耦合束团不稳定性的边带.首先用离子俘获的线性两束流理论定量计算了离子引起的二极耦合束团不稳定性发生的阈值束流流强和不稳定性的增长时间,然后用基于束流–离子强弱作用模型的模拟程序跟踪了在实验情况下束流与离子的相互作用过程,跟踪结果成功地再现了离子引起的二极耦合束团不稳定性边带,并给出了比较合理的不稳定性增长时间.     

多极场的电子云俘获效应研究

电子云效应限制了几台加速器的高束流密度运行,例如SLAC和KEK的B工厂,CERN的SPS与PS.本文运用辛流形上的1-form李摄动法研究了2n多极场的电子云俘获效应,结果发现在多极磁铁(n>1)的绝热区存在电子俘获     

多束团不稳定性的模拟研究

利用模拟的方法研究了多束团不稳定性.SCBI程序(SIMULATION OF COUPLED-BUNCH INSTABILITIES)是一个用来模拟研究储存环上高频腔、真空盒内壁及其它腔形结构元件的长程尾场和中程尾场激发的多束团不稳定性的综合程序.在束团均匀分布情形下,比较了SCBI程序与ZAP程序的结果,两者非常一致.同时,利用SCBI程序对北京正负电子对撞机(BEPC)多束团改进方案(BEPCⅡ)的多束团不稳定性进行了详细的研究.     

用横向反馈系统对上海光源多束团不稳定性的诊断

在上海光源二期升级改造过程中,为了解和追踪由阻抗引起的多束团不稳定性变化以及升级后的横向反馈系统对这种不稳定性的抑制效果,在机器研究中利用新反馈处理器的诊断工具记录了束流不同状态下的横向运动过程,分析得到了最主要的横向多束团不稳定模式在束流稳态、注入瞬态以及增长-衰减过程中的变化情况,评估了横向反馈的作用效果,计算出该模式增长率/阻尼率以及增长率与束流的依赖关系。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统条带电极的设计及模拟计算

 用高频结构模拟程序HFSS优化设计条带电极kicker并计算了它的反射参数和横向分流阻抗。从模拟得到的反射参数可以看出，在要求的250MHz带宽范围内, 反射的功率小于7%，说明了条带与功率传输线是阻抗匹配的；模拟得到的横向分流阻抗与公式计算得到的结果基本上一致。当频率250MHz时，得到了1 300Ω的分流阻抗，在此种条件下，需要反馈功率为123W方能抑制束流不稳定性，这为电极的机械设计和在反馈系统中选择功率放大器提供了最基本的依据。     

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。     

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4.5 m,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。     

北京正负电子对撞机束团拉伸效应研究

本文叙述了在北京正负电子对撞机(BEPC)上,用条纹相机和频谱分析方法对束团拉伸效应的研究.由测量结果归纳出BEPC束团拉伸效应的标度规律,这一规律与理论分析有相当好的一致关系.     

用条纹相机测量BEPC的束团长度

在北京正负电子对撞机(BEPC)中,正负电子束团的长度及其拉伸是束流性能重要指标之一,它直接影响到物理实验的效率,对BEPC的改进和性能进一步提高也起着关键的作用.由于用条纹相机测束团长度,具有精度高,且直观的特点,因此,近年来条纹相机在加速器束团测量领域得到了广泛的应用.本文将介绍用条纹相机测量BEPC储存环束团长度的原理、方法、系统配置、误差分析及一些典型的测量结果.     

多粒子模拟方法分析北京正负电子对撞机储存环束团长度拉伸效应

采用多粒子模拟方法,分析了北京正负电子对撞机(BEPC)储存环纵向不稳定性,给出了BEPC储存环束团长度与单束流强的关系,得出了阈值流强.模拟结果与BEPC95年4月实测结果符合较好.     

激光加速电子束团的输出特性研究

通过仔细研究俘获加速CAS(captureandaccelerationscenario)机制中电子束团的输出特性,发现其出射电子有3类不同的运动轨道即掠过(pass-by)、非弹性散射(IS)、CAS.由于实际入射电子束团的线度远大于强激光脉冲的线度,因此只有位于入射电子束团中心区域的电子才可能被俘获加速.对于目前所能获得的聚焦激光场强(～10²¹W/cm²)和实际的电子束团(～10⁸个电子)而言,最大的输出能量可达到450MeV以上,同时被加速电子的数目可达到10⁴—10⁵个.这表明CAS可望发展成为小型台式加速器的新加速原理     

利用相干渡越辐射测量电子束团长度的分析与计算

利用相干渡越辐射(CTR)测量短和超短电子束团长度是国际上束测领域新发展的频域测量技术.文中理论分析和数值计算了北京自由电子激光装置的皮秒级的射频电子束团序列产生的CTR,当辐射波长在长于束长(4ps)时,渡越辐射发生相干增强效应;与非相干渡越辐射相比,当λ≥2πσz时,增强的倍数约等于束团中粒子的数目(10⁸);CTR从亚毫米波到毫米波段呈宽带连续谱特性;渡越辐射能量主要集中在轴线附近,宏脉冲辐射能量高达几毫焦.设计采用偏振型束团长度测量系统,利用CTR自相关技术,实验测量该束团序列的纵向长度,并藉助傅里叶变换光谱法,推求束团电子分布.     

Electron Acceleration and Bunch Generation by Intense Femtosecond Laser Pulse in Preplasma of a Target

We present analytical studies of electron acceleration in the low-density preplasma of a thin solid target by an intense femtosecond laser pulse. Electrons in the preplasma are trapped and accelerated by the ponderomotive force as well as the wake field. Two-dimensional particle-in-cell simulations show that when the laser pulse is stopped by the target, electrons trapped in the laser pules can be extracted and move forward inertially. The energetic electron bunch in the bubble is unaffected by the reflected pulse and passes through the target with small energy spread and emittance. There is an optimal preplasma density for the generation of the monoenergetic electron bunch if a laser pulse is given. The maximum electron energy is inverse proportion to the preplasma density.     

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.