HIRFL–CSRm纵向随机冷却——Palmer冷却研究

对拟在HIRFL-CSRm上建造的纵向Palmer冷却进行了数值优化计算,得出了最佳带宽、最佳增益及最短冷却时间,并运用Fokker-Planck方程进行了模拟,得到了动量散度分布函数在冷却过程中随时间的变化,从而为纵向冷却系统的具体设计和优化提供了重要的理论依据.     

CSRm随机冷却初步设计

根据实际情况对兰州重离子加速器冷却储存环主环随机冷却做了初步设计和优化, 用冷却方程对主环随机冷却做了详细的数值模拟计算. 研究表明, 随机冷却对主环束流冷却速度很快, 冷却效果很好. 通过对电子冷却和随机冷却的比较, 提出主环的束流冷却采用电子冷却和随机冷却相结合的办法, 这样可以加快冷却速度, 得到更高流强、更好品质的束流.     

HIRFL-CSRm冷却束流寿命

实验研究了HIRFL-CSRm中电子冷却装置对C6+,Ar15+两种束流寿命的影响。首先,通过对比实验的测量确定电子冷却可以有效提高束流寿命;其次,探究了电子冷却装置中的各项参数（主要是电子束密度分布、流强、能量、绝热展开因子）是如何影响束流寿命的,通过改变电子束参数,测量束流寿命的变化趋势和规律,并且结合电子冷却相关理论对实验结果给予解释,最终通过实验优化和确定最佳的冷却装置参数,使束流在HIRFL-CSRm上获得了较高的寿命,从而提高HIRFL-CSRm束流累积过程中的流强增益。     

HIRFL-CSRm冷却束流寿命

实验研究了HIRFL-CSRm中电子冷却装置对C6+,Ar15+两种束流寿命的影响。首先,通过对比实验的测量确定电子冷却可以有效提高束流寿命;其次,探究了电子冷却装置中的各项参数（主要是电子束密度分布、流强、能量、绝热展开因子）是如何影响束流寿命的,通过改变电子束参数,测量束流寿命的变化趋势和规律,并且结合电子冷却相关理论对实验结果给予解释,最终通过实验优化和确定最佳的冷却装置参数,使束流在HIRFL-CSRm上获得了较高的寿命,从而提高HIRFL-CSRm束流累积过程中的流强增益。     

HIRFL-CSRm纵向随机冷却-槽形滤波冷却模拟研究

通过Fokker Planck方程,对拟在HIRFL-CSRm上建造的纵向槽形滤波器（notch filter）的冷却机理进行了研究,得出了冷却原理及冷却时间的表达式,并对影响冷却时间和冷却效果的因素进行了模拟和讨论,模拟结果表明,噪信比越小,冷却时间越短,冷却效果越好;带宽越宽冷却越快。该研究为具体纵向冷却系统的设计和优化提供了依据。     

HIRFL-CSRm纵向随机冷却-槽形滤波冷却模拟研究

 通过Fokker Planck方程,对拟在HIRFL-CSRm上建造的纵向槽形滤波器（notch filter）的冷却机理进行了研究,得出了冷却原理及冷却时间的表达式,并对影响冷却时间和冷却效果的因素进行了模拟和讨论,模拟结果表明,噪信比越小,冷却时间越短,冷却效果越好;带宽越宽冷却越快。该研究为具体纵向冷却系统的设计和优化提供了依据。     

实验环Betatron振荡随机冷却的模拟

随机冷却是一种基于带宽反馈系统对束流振荡进行衰减的冷却方法,更适合冷却较大发射度和动量分散的次级粒子束,与电子冷却互补,可以得到更高品质的束流。兰州重离子研究装置(HIRFL) 目前处于冷却存储环的实验环随机冷却系统的设计和建造阶段。通过对横向Betatron 振荡的模拟,得到了提高系统带宽、增加探测器(Pick-up) 和冲击器(Kicker) 的个数、降低系统噪声温度等对缩短冷却时间和减小冷却平衡值的重要作用。同时,分析了较大的动量分散或较大的放大器增益对Betatron 振荡冷却过程产生的加热现象。Stochastic cooling, based on a feedback system, aims at damping the oscillation of particles. Stochastic cooling is more suitable to cool secondary beam with larger size and momentum spread, and it is therefore can be complemented with electron cooling, in order to obtain beam of higher quality. Stochastic cooling system is being designed and constructed on the experimental Cooling Storage Ring of HIRFL. By simulation of Betatron stochastic cooling, it is obtained that the importance for shortening the cooling time and reducing cooling equilibrium by improving bandwidth, increasing the numbers of pickup and kicker, and decreasing the system noises. Meanwhile, the heating during the cooling process caused by larger momentum spread or larger gain of amplifier is analyzed.     

EicC束流冷却方案设计与模拟

对核子内部结构的研究是当前理论和实验研究的重要前沿,高能散射实验是探索核子结构的理想工具。中国科学院近代物理研究所计划在已开建的强流重离子加速器项目(HIAF)的基础上,升级建造中国极化电子离子对撞机(EicC)。EicC将提供质心系能量为15～20 GeV的电子和质子双极化束流,对撞亮度设计指标为2×10³³ cm^-2s^-1,离子束的有效冷却是EicC实现亮度目标的关键。针对离子束流初始发射度大、能量高、流强强的特点,EicC采用两级束流冷却方案,首先在增强器(BRing)中利用常规直流电子冷却器降低离子束流发射度,其次在对撞环(pRing)中采用基于能量回收型直线加速器(ERL)的高能束团冷却系统,抑制对撞过程中的离子束发射度增长。以质子束为例,模拟研究了EicC束流冷却装置中电子束的尺寸、温度、冷却段的磁场和束流光学参数对冷却速率和冷却过程的影响,最终得到了满足亮度要求的束流冷却参数。     

电子束在弯曲螺线管中的运动

为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

电子束在弯曲螺线管中的运动

 为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

激光致冷(续)

激光偏振梯度致冷是另外一种使中性原子降温的有效方法，而且能使原子温度突破多普勒温度极限。实验上首先由W．D．Phillips领导的研究小组于1988年采用并获得成功，然后Dalibard和Cohen-Tannoudji给予了理论解释。激光偏振梯度致冷原理大致描述如下：     

原子冷却技术的发展

新的物理现象的发现往往得益于新实验技术的发明,制冷技术的进步推动了包括凝聚态物理学和原子物理学等现代科学多个领域的重要发现,并促进了超导强磁铁、冷冻电镜等需要极低温度条件的新技术的发展.近年来,随着激光冷却技术的发明和不断发展,人们得以在极端低温下开展统计力学和量子力学相关的实验研究,迄今,人们已经实现了玻色-爱因斯坦凝聚态这种新奇的物态,并掌握了在单原子尺度开展量子调控研究的能力.同时,由于描述量子多体系统的希尔伯特空间的维度随系统粒子数呈指数增长,即便使用经典超级计算机处理此类问题也仍面临巨大困难,这使得基于超冷原子、离子、超导等体系的量子模拟研究成为热点.人们通过前所未有的调控能力制造人工量子系统,再直接调控并观测其量子相变过程,这为研究强关联量子系统提供了一条崭新的途径.在获得极限低温的道路上,基于热力学定律的传统制冷技术能够达到的温度极限在mK量级,但激光冷却技术却另辟蹊径,巧妙地运用光与原子的相互作用,将原子的温度降低到nK量级,这大大推动了基于超冷原子的量子模拟研究的发展.尽管激光冷却技术获得的超冷原子的温度是传统制冷技术远不能及的,但由于中性原子间相互作用强度很弱,转换...     

HIRFL-CSR 实验环电子冷却装置参数优化

 以400MeV/u的²³⁸U⁹¹为例,用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随冷却段长度、冷却段磁感应强度、磁场平行度、电子密度、电子束半径、电子温度的变化规律,并分析了影响冷却时间的因素,获得了电子冷却装置最优参数。     

HIRFL-CSR主环电子冷却模拟计算

以¹⁶O⁸⁺为例,用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随离子能量、初始发射度、初始动量分散、离子流强以及离子电荷态的变化规律,研究了储存环在冷却段的β函数和色散函数对冷却时间的影响.     

HIRFL-CSR 实验环电子冷却装置参数优化

以400MeV/u的238U91为例,用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随冷却段长度、冷却段磁感应强度、磁场平行度、电子密度、电子束半径、电子温度的变化规律,并分析了影响冷却时间的因素,获得了电子冷却装置最优参数。     

不良导体导热系数测量实验中两种冷却方式的对比研究

对稳态法测量不良导体导热系数实验中两种冷却方式进行了对比研究,实验结果表明：自然对流冷却方式测量结果很接近理论值,强迫对流冷却方式测量结果偏差较大,分析了偏差产生的原因．     

高温涡轮叶片三种内冷通道冷却性能的实验研究

本文用实验方法研究了高温涡轮叶片三种内冷通道的压力分布、冷热态流阻及局部换热系数分布．叶片前部分别采用径向光滑通道、集中冲击冷却和分散冲击冷却三种结构，叶片后部则分别采用三排φ3扰流柱和五排φ2扰流柱稠密布置两种结构．对这三种结构进行了冷却性能比较，提出了该类冷却通道的最佳结构．     

Enhanced cooling of a V-type three-level atom in an optical cavity

We have studied theoretically and numerically the enhanced cooling of a V-type three-level atom in a high-finesse optical cavity and shown that the cooling rate can be increased by one order of magnitude over that of a two-level atom, and the momentum amplitude tends to a stationary state much smaller than that of a two-level atom. We have further shown that the cooling rate can be significantly improved by using feedback and a time-dependent pump.     

激光制冷

介绍了激光制冷的特点、原理以及发展历史 ,描述了典型的激光制冷装置及其工作过程 ,指出了目前激光制冷存在的问题和今后的研究方向。