强流脉冲束在静电加速管中传输研究及模拟计算

为了研究强流脉冲束流在静电加速管中的传输, 采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在静电加速管中的传输矩阵, 编写了束流在静电加速管等元件中传输的计算程序ACCT。 用优化方法实现给定的光学条件, 用迭代方法计算强流脉冲束流的空间电荷效应对束流传输的影响以获得自洽解。 在不同束流流强条件下, 利用ACCT、TRACE-3D和TRANSPORT等程序进行了模拟计算, 并对模拟结果进行了比较分析。 模拟结果表明, 提高加速电压比, 可以增强静电加速管的聚焦能力、 减少束流损失和提高传输效率。To study intense pulsed beam transfer in electrostatic accelerate tube, the matrix method was applied to analyze the transport matrixes in electrostatic accelerate tube of non-intense pulsed beam and intense pulsed beam, and a computer code was written for the intense pulsed beam transporting in electrostatic accelerate tube. Optimization techniques were used to attain the given optical conditions and iteration procedures were adopted to compute intense pulsed beam for obtaining self-consistent solutions in this computer code. The calculations were carried out by using ACCT, TRACE-3D and TRANSPORT for different beam currents, respectively. The simulation results show that improvement of the accelerating voltage ratio can enhance focusing power of electrostatic accelerate tube, reduce beam loss and increase the transferring efficiency.     

强流脉冲束在螺旋管透镜中的非线性传输计算

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜６维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。     

强流束在四极磁铁中传输的矩阵法与程序设计

强流脉冲束传输的计算是一个相当复杂的问题, 因为不同类型的粒子束分布产生不同的空间电荷场, 而在束流运动过程中, 空间电荷场也在不断地变化, 而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的, 因此需要求得一个自洽解。采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在四极磁铁中传输的矩阵, 并编写了束流在四极磁铁等元件中的传输计算程序, 程序采用迭代计算方法获得自洽解。程序运行时, 可以进行直观的图形显示。It is very difficalt to calculate the nonlinear transport of a intense beam, because the particle trajectories depend on the electric potentials excited by the particle beams, and the electric potentials of the beams depend on the particle trajectories and the particle distributions in the phase spaces. So, it is necessary to solve the problem by iterations to get self consistent solutions.We use transport matrix method to analyze the transportation in quadrupole magnet of non intense pulsed beam and intense pulsed beam respectively, and write a computer code for the pulsed beam transporting in quadrupole magnet. The self consistent solution can obtained by using iteration calculation method. During the calculation, the result can be shown by the prompt graph.     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。     

强流直流束在螺线管透镜中传输的Lie映射

用Lie代数方法分析了强流直流束在螺线管透镜中的传输, 考虑了两种情况：一种情况是外磁场力大于空间电荷力, 另一种情况是外磁场力小于空间电荷力. 得到两种情况下的传输矩阵. 分析结果编制成了程序, 并计算了ECR离子源之后的束流传输系统.     

强流直流束在螺线管透镜中传输的Lie映射

用Lie代数方法分析了强流直流柬在螺线管透镜中的传输,考虑了两种情况:一种情况是外磁场力大于空间电荷力,另一种情况是外磁场力小于空间电荷力.得到两种情况下的传输矩阵.分析结果编制成了程序,并计算了ECR离子源之后的束流传输系统.     

强流脉冲高斯分布束在磁四极透镜中的非线性传输

用李代数方法分析了高斯分布下强流脉冲束在磁四极透镜中的非线性传输.在高斯分布下,束流的空间电荷势可利用Green函数算出,进而可以得到包含束流自场的粒子运动的Hamilton函数.再施加李变换,就可以得到粒子运动的各级近似解.本文给出二级近似下的结果,根据需要,还可以扩展到更高级近似.计算过程需要进行迭代,即根据每次算出的轨迹值,确定束团在三维实空间中的大小,然后再进行迭代,直到满足精度要求为止.     

强流质子束辐照形成的冲击波

 对强流质子束在铝材料中引起的冲击波进行了数值模拟，其中强流质子束在铝中的能量沉积行为采用蒙特卡罗方法模拟，而能量的非均匀沉积后引起的力学效应采用一维流体弹塑性模型进行计算。计算给出了强流质子束在铝材料中的能量沉积曲线和引起的冲击波的时间演化规律。     

强流加速器中束晕-混沌的延迟反馈控制

简要分析了延迟反馈法运用于束晕混沌控制的理论可行性并实现了5种不同的初始质子分布情形下强流加速器中束晕混沌的有效控制.控制律为线性,反馈量小,有利于技术实现和降低控制代价,可为强流加速器的工程实现提供参考. 关键词： 束晕-混沌 强流加速器 延迟反馈     

强流同步双阴极二极管电子束模拟与诊断

 高同步性的多电子束能够驱动产生有利于实现相位控制的多束微波,是高功率微波功率合成的关键技术。对单台加速器驱动强流同步双阴极二极管进行了模拟,在二极管阻抗约10 W,输入电压442.6 kV条件下,获得了总功率大于20 GW、总束流为47.6 kA、同步时间差小于6 ns的双电子束。开展了轰击不锈钢目击靶实验和同步双电子束诊断实验,双阴极材料为不锈钢,单个阴极长30 mm,两阴极中心间距为100 mm,阴极发射面采用天鹅绒,单阴极半径为20 mm,在阴阳极最大电压为442.8 kV时,束流峰值总和为48.78 kA,双束流同步时间差保持在4~6 ns范围内,实验结果与模拟符合较好。     

用于强流中子发生器的低能束流传输线的设计模拟

兰州大学设计研发的ZF-400强流中子发生器设计D-T中子产额6×1012 n/s,主要由ECR离子源、低能束流传输线（LEBT）、加速管、旋转靶等部分组成。LEBT负责将从离子源引出的束流进行分析聚焦并注入到加速管中。LEBT对束流的聚焦及分析的好坏程度决定了加速管中束流的损失程度、中子的产额以及靶的寿命。本工作就该强流中子发生器所需的低能传输线进行了设计。使用螺线管、分析磁铁和四极透镜组合的方案。利用TRACK软件对此方案进行模拟,得到符合要求的束流线及元件的参数。用TraceWin进行了验证模拟,验证结果符合要求。另外,通过软件模拟确定了杂质离子损失的位置,据此设计了束流管道冷却方案。通过模拟发现,这种透镜的组合方式可以让整个LEBT以较低的功率获得低损失、高纯度的打靶束流。The ZF-400 Intense Neutron Generator, which is designed by Lanzhou University with an expected neutron yield of 6×1012 n/s, is consist of ECR ion source, low energy beam transport (LEBT) line, accelerating tube and rotating target. The beam extracted from ECR source is analyzed and focused through LEBT, then, the beam is introduced into the accelerating tube. The focus and analysis ability of LEBT is very important for the beam loss, neutron yield and target's life. A LEBT line for intense neutron generator is designed in this paper, the project consisted of a solenoid, a bend magnet and three quadrupole lens. The qualified LEBT and its parameters have been got through the simulation with TRACK code. Then TraceWin program was employed to check this simulation and the result satisfied our requirement. Besides, the loss position of impurity ions was known through the simulation, and a project of beam line's cooling system was designed according to this result. Through the simulation, we find the optimal lens combination plan which can obtain lower beam loss and higher beam purity at low running power of LEBT.     

柱透镜聚焦高阶Bessel光束产生焦散光束

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上,推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式;并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上,利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束,并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜,最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明,高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.     

Intense DC beam nonlinear transport-analysis & simulation

The intense dc beam nonlinear transport was analyzed with the Lie algebraic method, and the particle trajectories of the second order approximation were obtained. Based on the theoretical analysis a computer code was designed. To get self-consistent solutions, iteration procedures were used in the code. As an example, we calculated a beam line (drift-electrostatic quadrupole doublet-drift). The results agree to the results calculated by using the PIC method.     

轴对称光束的克尔透镜矩阵及其在克尔透镜锁模中的应用

在非线性薛定谔方程的基础上较严格简明地推导了克尔介质的轴对称光束及高斯光束的ＡＢＣＤ传播矩阵，该矩阵可用于设计克尔透镜锁模，以腔二端为平面镜的任意光学系统为例，获得了简单的普遍公式。     

激光冷却在原子束六极磁透镜技术中的应用

分析了由六极磁场构成了原子束磁透镜的原理及像差。在比较了热原子束和单色冷原子束的会聚效果后得出结论：影响它成像的主要因素是色差。应用激光冷却技术能使这一影响减小,从而使磁透镜在原子光学领域得到更广泛的应用。     

Scattering of a Gaussian Beam by Stepped Index Luneberg Lens

The scattering and focusing characteristics of a Gaussian beam with phase distribution is studied by a stepped index Luneberg lens. A model experiment was performed using a six-layer spherical lens. Two kinds of beams, that is, broad and narrow beam are examined for the incident Gaussian beam. We find that focusing effect of a narrow beam is wholly lower than that of a broad beam. The focal point is also shifted toward outer of sphere because of phase lag for the beam source. The spot size equals almost the wavelength for the various beam parameters.     

北京慢正电子强束流运行性能测试

慢正电子强束流采用高能脉冲电子束流轰击金属钽靶, 以产生正负电子对的方式提供正电子, 作为慢正电子束流方法学研究和薄膜材料缺陷研究的束流基础. 本文是在该装置实现运行后, 对慢正电子束流的强度、能散、形貌等运行性能的测试工作的介绍, 以及慢正电子湮没多普勒测量系统的调试和标准样品的测量结果.