北京自由电子激光Wiggler中电子轨迹偏离的改进

提出了一种从实验上确定用于北京自由电子激光（ＢＦＥＬ）装置的Ｗｉｇｇｌｅｒ中ＮｄＦｅＢ矩形磁块的轨迹敏感系数β的方法．用β值来表征磁单块在Ｗｉｇｇｌｅｒ中对电子轨迹的贡献，并用此β值对磁块进行挑选，优化组合，可达到改进Ｗｉｇｇｌｅｒ对电子轨迹偏离的目的．     

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.     

毫米波自由电子激光的空间电荷效应

本文编制了三维数值模拟程序,考虑了电子在摇摆器(Wiggler)内纵向速度β^z=υ^z/c<1的影响,考虑了电子在有质动力势阱中因"群聚"而引起的纵向空间电荷力的影响,考虑了电子束内静电波和激光场、Wiggler静磁波的三波相互作用对电子位相的影响等。对因"群聚"而引起的纵向电场满足的方程求出了近似的二维解析解,用4096个电子模拟求解了电子运动方程和光场方程。数值模拟的结果和Livermore实验室的实验结果进行了比较。结果表明,由于上述几项因素的考虑,我们的数值模拟结果和实验位基本一致,消除了文献[1,2,3]中出现的失谐曲线(detuning curve)峰值磁场漂移300-500高斯的差距。     

Wiggler磁场聚焦带状电子注

 带状电子注在螺线管磁场作用下传输时,易形成Diocotron不稳定性,导致电子注崩溃。采用Wiggler磁场聚焦带状电子注能防止Diocotron不稳定性。研究了Wiggler磁场聚焦带状注的作用机理,得出带状电子注在Wiggler场作用下的包络方程。结合理论分析,使用3维粒子模拟程序对带状电子注的Diocotron不稳定性和Wiggler磁场抑制不稳定性分别进行了模拟。研究表明:合适的选择磁场大小和周期能有效抑制Diocotron不稳定性,使得设计带状电子注行波管成为可能。     

具有导向磁场的可变Wiggler自由电子激光器的物理机制

本文在忽略电子间相互作用的条件下,通过求解相对论洛伦兹方程,给出了在附加有导向磁场的可变Wiggler场中电子与电磁场相互作用的物理机制。同时讨论了几种通过改变导向磁场或Wiggler场参数的方法以提高能量转换速率的方法。     

具有导向磁场的可变Wisggler自由电子激光器的物理机制

本文在忽略电子间相互作用的条件下,通过求解相对论洛伦兹方程,给出了在附加有导向磁场的可变Wiggler场中电子与电磁场相互作用的物理机制。同时讨论了几种通过改变导向磁场或Wiggler场参数的方法以提高能量转换速率的方法。     

Wiggler聚焦带状注速调管束管的研制

 对Wiggler聚焦带状注速调管电子注截面、聚焦磁场和直流通过率进行了测试,分析了Wiggler聚焦的特点,获得了提高Wiggler聚焦带状注束管直流通过率的调试方法。测试结果表明：同一组磁钢摆放方式不同,电子注的通过率会相差很大;聚焦磁场和电子注匹配不好时,会出现通过率为零的情况。不同周期的直流测试结果表明9 mm周期最佳,在磁场均匀性较差、电压较低的情况下都能获得良好的直流通过率。     

Wiggler聚焦带状注速调管电子光学系统的设计

 带状注速调管可以在高频段实现高功率微波输出,电子光学系统是带状注速调管的关键部件。阐述了Wiggler双平面聚焦理论,设计了新型椭圆形柱面阴极和椭圆形聚焦极结构,阴极曲率半径为17 mm,长轴10 mm,短轴4 mm;聚焦极长轴28.8 mm,短轴10.4 mm。采用这种结构可以直接产生椭圆形带状电子注,且阴极发射电流密度较为均匀。设计了周期长度为8 mm,总长度为108 mm,中间带有凹槽并可以实现双平面聚焦的Wiggler结构,模拟显示电子注填充因子在75%左右,通过率达到100%。设计了新型的菱形收集极结构,电子轨迹在收集极内发散均匀。     

太赫兹自由电子激光波荡器的设计、测量与优化

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大,通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差:磁结构具有平面反对称结构,保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合;磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响;机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性,闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度,这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差:利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布,通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化,优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。     

具有导向磁场可变摆动器自由电子激光器及其设计方法

通过求解相对论电子的运动方程,根据电子在聚束势阱中运动状态的变化,讨论了在具有导向磁场可变摆动(Wiggler)场中电子与辐射场之间相互作用的物理过程.计算结果表明,当摆动场强沿电子束的传播方向递增,而导向磁场场强递减时,可以提高自由电子激光器的能量转换效率.     

ESR中g因子的EHMO计算

本文在EHMO方法计算出顺磁分子的波函数和能级的基础上,忽略不同原子间AO重迭,并假定配对电子所占据的MO对G-张量无贡献,编制了计算顺磁分子g因子程序块,计算了吸附在催化剂表面上的顺磁离子及不同分子筛中形成的过渡金属络合物的g值,其计算结果能与实验数据较好地吻合,为从理论上计算g值提供了一种可行的方法。     

高β等离子体中低混杂漂移不稳定性

本文对高β等离子体中槽纹模低杂漂移不稳定性从迴旋动力论出发作了较系统的研究,考虑了密度梯度、电子的温度梯度以及磁场梯度漂移的共振效应,解析结果与数值计算取得了完全一致的结论。发现,当温度梯度方向与密度梯度方向相反时,与温度梯度有关的电子的磁漂移共振起不稳定作用,使模的增长率比温度均匀时明显增大;而当方向相同时,温度梯度效应加强电子磁漂移共振的稳定作用,减少模的增长率。在两种情形中随着β值的增大,模的增长率都会减小,而且最大增长率向长波方向移动。电子温度各向异性对模的性质没有影响。 关键词：     

合肥同步辐射加速器超导Wiggler磁体系统改造可行性研究

6T超导Wiggler磁体是合肥国家同步辐射加速器的重要部件,于1998年调试成功.目前,发现超导Wig-gler磁体系统液氦消耗量大幅增加,预冷时间大幅度延长.因此有必要对超导Wiggler磁体系统进行改造,设计超导Wiggler磁体的液氦零挥发系统,以减少液氦的消耗,降低运行费用,同时通过实验评估4KG-M制冷机工作时振动对超导Wiggler磁体的影响.     

行波管中静态轨迹的研究

 研究了行波管中均匀聚焦磁场和周期永磁聚焦磁场对轨迹波动的影响。推导了这两种磁场下轨迹波动周期和幅值,讨论了磁场强度对轨迹的影响。解释了聚焦磁场存在小的波动的原因,并且通过计算得出小波动的周期为磁场周期的1/2,揭示了在周期永磁聚焦磁场下,电子轨迹近似等效于周期为周期永磁聚焦磁场1/2的小波动和均匀磁场形成的波动轨迹的叠加。利用电子科技大学编写的微波管模拟套装中的3维注-波互作用模块进行了静态轨迹计算,验证了理论推导。     

空间周期磁场中单电子量子点的能谱和磁化强度

研究了在空间周期磁场下,单电子量子点中电子的能谱和基态磁化强度,并对它们随周期磁场的各个参数(B、β、ψ)的变化作了分析.在计算中使用GaAs量子点模型,同时把二维各向同性谐振子的本征态作为基矢.计算发现,β对量子点的影响最大,β较小时,能谱和基态磁化强度与均匀磁场中的结果相似,反之则差别很大.在随β变化的能谱图中,大B较之小B表现出更丰富的谱线信息.当β足够大时,周期磁场对量子点的影响几乎为零.在计算中β越大,则所需的基的最少个数越多,否则计算结果不准确.     

无碰撞等离子体电流片中的低频波

采用两种无碰撞二维三分量不可压缩磁流体力学（MHD）模型，计入电子扰动压力张量效应，研究了电流片等离子体的色散性质和波.由于得到的一般色散关系较为复杂，只解析讨论了电流片的中心区和电子β*e=0两种特殊情况.主要结果如下：(1)在短波区（kdi＞1），存在快磁声 动理学Alfven波和斜Alfven 哨声模，电子磁流体力学模型是足够精确的MHD模型；在长波区（kdi＜1＝，存在Alfven波和离子声波，理想的MHD模型是适用的.（2）电子β*e＝0情况下的结果，显然遗漏了一些波模（如离子声波和快磁声动理 关键词： 电流片 磁流体力学 电子压力张量 色散关系     

电子束的收集

 为提高电子冷却装置中收集器的效率,研究了收集效率与几何参数,电、磁参数的关系,考虑了初级及反射电子的空间电荷作用,模拟计算了初级电子、反射电子在收集器区域的轨迹,由此得到了收集效率随电、磁参数的变化规律。结果表明,在合适的参数设置下,相对电流损失小于,收集效率达到。     

混合型波荡器的研制

介绍一台１．５ｍ的混合型波荡器（ＵＮＤＵＬＡＴＯＲ）的研制，包括设计、磁块的优化组合、磁场测量系统和磁场调整技术。这台波荡器主要用于中红外自由电子激光的研究，其磁场峰值均方根误差０．５％，磁场导向误差１ｍＴ·ｃｍ，电子轨迹偏离０．０３ｍｍ。     

相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输

为了进一步研究相对论电子束-离子通道辐射实验和理论的需要, 研究了相对论电子束入射中性气体以及通过碰撞电离动态加载等离子体实现对高能束流的自聚焦传输过程PIC(particle in cell) 模拟发现, 电子束电离出的离子背景能够实现对电子束的聚焦传输. 但是离子背景横向和纵向的不均匀性对束流的传输特性有显著影响. 在此基础之上, 提出了电子束在横向不均匀离子背景中传输的理论模型, 给出了束流的自聚焦条件.数值计算结果表明, 横向不均匀性会导致电子束的混合相位传输, 使得焦点附近内层电子可能跑到电子束外而被散焦损失, 这与PIC模拟的结果相符. 此外, PIC模拟还发现, 由于电子束的自聚焦, 在焦点处将电离出更多的离子而引起纵向不均匀性, 纵向不均匀性使得碰撞后的低能电子被俘获, 俘获电子效应会大幅降低电子束的传输效率. 但是俘获电子在纵向呈准周期分布, 对传输电子起到静电Wiggler场的作用, 可能实现静电Wiggler场的动态加载. 研究结果对于进一步研究电子束-等离子体系统的实验以及理论模型提出有一定的参考价值.     

超强磁场下电子朗道能级稳定性及对电子费米能的影响

磁星是一类由磁场供能、强磁化的中子星,其内部磁场远高于电子的量子临界磁场.本文通过引入电子朗道能级的稳定性系数g_n,讨论了在磁星环境下电子的朗道能级的稳定性及其对电子费米能E_F(e)的影响;研究发现,磁场越强,电子的朗道能级越不稳定,最大的朗道能级级数n_(max)越小;朗道能级数n越大,能级稳定性系数g_n越小.根据朗道能级的稳定性系数g_n随磁场的增加而减小的要求,电子费米能表达式的磁场指数β必须是正数.通过引入Dirac-δ函数,推导出超强磁场下的简并的、相对论电子费米能的一般表达式,修正了E_F(e)的特解.新的特解给出磁场指数β=1/6;特解的适用范围ρ≥10~7g·cm~(-3),Bcr≤B≤10~(17)G.本文结果将有助于中子星内部弱相互作用过程(包括修正的URCA反应和电子俘获)和磁星磁热演化机理的研究.