北京正负电子对撞机中的束流光电子不稳定性研究

高能储存环中的正电子束流辐射出光子,打在束流管道壁上产生光电子并形成电子云;多束团正电子束流与电子云相互作用,有可能发生的不稳定性,称为束流光电子不稳定性.这种不稳定性有可能在下一代高能正负电子对撞机的束流中发生,因此对这种束流不稳定性的研究,也有很重要的实际意义.文章讨论了在北京正负电子对撞机(BEPC)上开展的束流光电子不稳定性实验和模拟分析研究.     

纵向逐束团束流反馈冲击器模型腔的研制

纵向束流反馈系统是近年来国际上迅速发展并广泛应用的抑制储存环纵向耦合束团不稳定性的方法,冲击器是其中的关键部件之一.结合BEPCⅡ设计参数,研制了纵向束流反馈冲击器模型腔,并且利用同轴线法测量了该模型腔的阻抗和带宽,满足设计要求.该模型腔设计采用脊波导加载带鼻锥的pillbox腔体的方案,束流管道设计为BEPCⅡ标准跑道形.     

束腔相互作用的导纳分析方法

在导纳坐标系中, 基于束流的导纳等效, 对束腔相互作用进行了分析, 得到了相关物理量的表达式. 利用这些公式, 研究了注入过程中重束流负载的瞬态Robinson~不稳定性. 与传统的方法相比, 导纳分析的推导比较简明, 表达式更具有物理直观性.     

BTCF上离子引起的束流不稳定性研究

对所设计的北京τ-粲工厂(BTCF)高亮度对撞模式下电子环中的离子引起的束流不稳定性做了研究.计算了不同束团填充空隙下的离子俘获比,然后用自编的模拟程序对BTCF上快束流–离子不稳定性做了模拟跟踪,得到的快束流–离子不稳定性的增长时间和理论解析计算值基本一致.     

直线感应加速器束流崩溃不稳定性数值模拟

在理论分析的基础上,开发了直线感应加速器束流崩溃不稳定性数值模拟程序。描述了利用该程序开展的研究工作,这些研究揭示了束流崩溃不稳定性的一般规律,分析了相关参数对束流崩溃不稳定性的影响,最后提出了直线感应加速器束流崩溃不稳定性抑制方法。     

二维混合模拟方法及应用

设计了一个二维混合模拟程序,并用其计算了等离子体物理中的束流不稳定性.结果表明,此程序在计算过程中使能量基本保持守恒,计算结果同理论分析及一维混合模拟结果相一致.     

直线感应加速器束流崩溃不稳定性数值模拟

 在理论分析的基础上，开发了直线感应加速器束流崩溃不稳定性数值模拟程序。描述了利用该程序开展的研究工作，这些研究揭示了束流崩溃不稳定性的一般规律，分析了相关参数对束流崩溃不稳定性的影响，最后提出了直线感应加速器束流崩溃不稳定性抑制方法。     

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.     

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.     

合肥光源储存环束流截面测量系统改造和软件升级

 存储环束流截面及发射度是同步辐射加速器重要的基本参数。从束流截面大小的变化和束斑位置的移动规律，可以进行环上的束流不稳定性的研究。介绍了合肥光源，储存环束流截面测量系统局部改造和它的软件升级并且着重介绍西欧核子中心(CERN)的软件框架ROOT在数据处理和显示方面的应用。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统样机在BEPC上的实验

为了抑制BEPCⅡ产生的耦合束团不稳定性, 提高储存环中的流强, 研制了一套逐束团横向束流反馈系统的样机并在BEPC上做了实验, 得到了理想的结果. 当束团不稳定时, 频谱仪上可以观察到横向边带, 此时将反馈系统闭环工作于阻尼状态时, 横向边带立即消失. 本文介绍了样机系统的组成、各部分的功能和实验结果.     

损失锥-束流分布电子驱动的回旋激射不稳定性

在Chen等理论模型的基础上，对损失锥-束流分布电子激发的回旋激射不稳定性的主要特征 进行了深入研究，这种电子分布在太阳色球附近的磁重联过程中可能形成，它兼有束流和损 失锥的特性.结果表明，它不仅可以像束流分布和损失锥分布那样在适当的等离子体频率和 回旋频率的比值范围内激发X模和O模的基频和谐频不稳定性，兼有两种分布的激发特性，而 且具有更强的增长率.这一方面丰富了此类等离子体不稳定性的基本内容，而且预期在天体 射电发射机理的研究中也将得到广泛的应用. 关键词： 回旋激射不稳定性 弱相对论性 损失锥-束流分布电子 增长率     

二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

在粒子模拟的PIC(particle in cell)模式中,与场有关的物理量如电磁场等分配在固定的网格点上,而粒子则可在计算区域的任意位置上.设计了一个二维三分量的粒子模拟程序,并用它计算了空间物理中两种常见的物理现象:束流不稳定性和磁场重联.在束流不稳定性问题中,一束速度为V_b=10V_A(V_A为Alfvén速度)的等离子体在背景等离子中运动,通过波粒相互作用可激发沿磁场方向传播的Alfvén波.在磁场重联问题中,具有Harris形态的电流片可自发地引起磁场重联,并且B_y分量的磁场具有四极形分布.     

用于静电加速器的高频离子源及其引出特性

根据离子束生物工程的需要,设计和研制了一台用于静电加速器的小型高频离子源。针对使用环境从理论上确定了离子源的结构和尺寸。通过实验调试取得了引出束流与引出电压、聚焦电压以及放电气压之间的变化特性曲线,测定了引出束流的束径包络,对束流的不稳定性进行了分析,在设计中采取了有效的措施抑制束流不稳定性。结果表明,离子源的最佳工作条件为引出电压1 600V~1 800V,放电气压在（4~8）×10-4Pa范围,此时离子源可引出最大束流30μA。束流大小及其稳定性均达到预期要求。     

用于静电加速器的高频离子源及其引出特性

 根据离子束生物工程的需要,设计和研制了一台用于静电加速器的小型高频离子源。针对使用环境从理论上确定了离子源的结构和尺寸。通过实验调试取得了引出束流与引出电压、聚焦电压以及放电气压之间的变化特性曲线,测定了引出束流的束径包络,对束流的不稳定性进行了分析,在设计中采取了有效的措施抑制束流不稳定性。结果表明,离子源的最佳工作条件为引出电压1 600V~1 800V,放电气压在（4~8）×10^-4Pa范围,此时离子源可引出最大束流30μA。束流大小及其稳定性均达到预期要求。     

等离子体束流不稳定性的计算机模拟

本文用数值模拟检验束流不稳定性的增长率随ｋｖｂｏ／ωｐｅ的变化，并与线笥理论的曲线进行对比。数值模拟的束流密度与背景电子密度之比为０．１２５。数值模拟的结果说明，两者相符较好。     

反馈抑制HLS注入过程中β振荡的尝试

为了提高注入束流的积累,抑制由于注入系统误差所引起较大的β残余振荡是非常有必要的.本文较系统地介绍了合肥光源(HLS)抑制注入β振荡反馈系统的设计思想、原理和线路,并提供了它的初步实验结果.作为原理论证和预研,我们使用了一个相对简单的模拟滤波器和移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈,看到了明显的抑制作用.为以后研制低频和高频反馈系统,研究抑制束流的横向和纵向不稳定性打下基础.     

合肥光源逐束团测量系统研制

 逐束团测量装置属于宽带和实时测量,足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号,设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡,纵向同步相位振荡,束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析,系统参数设计,前端射频检测,锁相环信号合成,高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍,分析了若干调试和实验结果,并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

合肥光源逐束团测量系统研制

逐束团测量装置属于宽带和实时测量,足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号,设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡,纵向同步相位振荡,束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析,系统参数设计,前端射频检测,锁相环信号合成,高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍,分析了若干调试和实验结果,并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

模拟低频反馈系统的初步尝试

为了提高注入束流的积累,抑制由于注入系统误差引起较大的β残余振荡是非常有必要的。较系统地介绍了利用合肥光源逐圈测量（turn by turn）系统［１］,研究束流不稳定性,并给出了抑制注入β振荡的反馈系统设计原理和线路及初步实验结果。作为原理论证和预研,使用了一个相对简单的模拟滤波移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈,得到了明显的对damping时间和振荡幅度的抑制作用,为以后低频和高频逐束团（bunch by bunch） 反馈系统研制和抑制束流的横向和纵向不稳定性的研究打下了良好的基础。