L波段行波聚束器结构研究

介绍了中国原子能科学研究院Ｌ波段高亮度注入器中两种模式的行波聚束器的设计和调配，指出了少腔聚束器的研制特点。     

SFC的新的轴向注入束流线

为了满足HIRFL-CSR对注入器SFC的束流强度和品种的越来越高的要求, 兰州重离子加速器国家实验室在研制超导ECR离子源的同时, 设计了一个新的SFC的轴向注入束流线. 这个系统可以分别使用现有的常规ECR离子源和新建造的超导ECR离子源, 期望把从C到U的各种离子的能量和束流强度提高到一个新的水平. 这个系统由二极磁铁, 四极透镜, GLASSER透镜, 螺线管, 螺旋形静电偏转器和两台丝网型线性聚束器组成. 在总结现有系统运行经验的基础上,无论在横向还是纵向, 其性能结构都做了必要的改进. 文章给出了新系统的设计思想, 系统的布局结构和束流光学计算结果, 并对进一步提高聚束效率和聚束器的改进设计作了简要的描述. 目前, 系统正在安装中.     

S波段HYBRID聚束-加速结构的样机研制

Hybrid聚束-加速结构是把驻波预聚束器、行波聚束器和标准加速管集成到一起的新型RF结构。简述了对S波段Hybrid聚束-加速结构样机的束流动力学优化和微波设计结果,解释了Hybrid结构导致发射度增长的原因,对此样机进行了射频低功率测试。样机的冷测结果与RF设计结果一致性很好。在冷测频率2 855.21 MHz处,实测S₁₁小于?45 dB,腔间相移偏差小于±2°,VSWR≤1.2对应的带宽大于5 MHz,轴向场分布完全满足动力学要求。     

合肥软X射线波段自由电子激光注入器模拟优化

合肥软X射线波段自由电子激光项目是基于直线加速器的软X射线光源. 其注入器由光阴极微波电子枪与两个直线加速3米段构成. 光阴极微波电子枪产生束团电荷量1nc、峰值流强100A、重复频率10Hz电子束流, 并利用螺线管磁场在其出口处进行发射度补偿, 在经过一段漂移距离后电子束流进入增强直线段加速. 使在低能端由于空间电荷效应产生的横向发射度增长基本被完全补偿. 本文中利用PARMELA对注入器进行了模拟计算, 对发射度的补偿效果进行了优化, 同时对注入器内各元件的布置也进行了优化. 在注入器出口可以得到归一化横向发射度小于1.5mm.mrad的低发射度束流.     

L波段强流单束团注入器的束流动力学计算

自由电子激光器要求高亮度、低能散度的电子束注入波荡器(Undulator)。本文叙述提供高亮度电子束的高频电子直线加速器中的注入器部分的设计计算。注入器由L波段(1300MHz)的十二分频和三分频两个谐振腔预聚束器和一个基波频率的变相速聚束器组成。粒子运动方程中考虑了空间电荷效应和束流负载效应。电子枪的注入参数:脉冲宽度T=4ns;电流I=5A;电子的初始动能E_0=100keV;电子束分布为高斯型。参数优化设计结果:单束团宽度小于25ps,峰值电流达400A以上,电子的平均归一化能量>4,束团内的能量差小于200keV。     

上海光源150MeV电子直线加速器的设计与调试

上海光源150MeV直线加速器由热阴极电子枪, 次谐波聚束器和聚束器, 四根S波段等梯度行波加速管及必要的磁铁等组成. 外围还有由从微波到直流的电源和功率源, 性能监测和联锁控制的硬件和软件等. 概述了150MeV直线加速器的设计, 安装, 调试和达到的结果.     

BEPCII次谐波聚束系统物理公差要求的研究

 为了进一步提高束流品质并逐步采用双束加速技术, BEPCII直线加速器准备采用带有两个次谐波聚束器的双次谐波聚束系统。目前, 该次谐波聚束系统的物理设计和优化已经基本完成。由于新设计的双次谐波聚束系统很不同于BEPCII现有的聚束系统, 因此, 就要求对聚束系统中存在的各种抖动(jitter)效应重新进行研究。 使用多粒子模拟计算程序PARMELA对电子枪的高压抖动和定时抖动、次谐波聚束器的相位抖动以及功率抖动、聚束器中加速电场相位以及A0加速管(俘获加速节)中加速电场相位的抖动等效应进行了研究, 并最终确定了聚束系统中各部件的物理公差要求。     

单聚束器系统的参数和电公差分析

本文分析了单聚束器系统的参数关系,计算了预注入器和聚束器的电公差,并讨论了这些公差对直线加速器束流能谱的影响。     

上海光源150MeV电子直线加速器的设计与调试

上海光源150MeV直线加速器由热阴极电子枪,次谐波聚束器和聚束器,四根S波段等梯度行波加速管及必要的磁铁等组成.外围还有由从微波到直流的电源和功率源,性能监测和联锁控制的硬件和软件等.概述了150MeV直线加速器的设计,安装,调试和达到的结果.     

ECR-SFC轴向注入系统聚束器效率的研究

为了减少目前SFC轴向注入系统中聚束器杂散电场对束流轴向注入效率的影响, 提高新系统中SFC的束流俘获效率, 参考原始设计, 对目前聚束器的电极结构进行了设计改进. 两种情况下的聚束器杂散场对注入效率影响的计算表明, 改进后0B02的聚束效率较目前有较大提高. 同时计算了束流空间电荷效应对聚束效率的影响, 据此对新SFC轴向注入系统中聚束器的位置进行了重新调整.     

SFC轴向注入系统和中心区的研究和设计

介绍了在HIRFL注入器SFC上进行的中心区、聚束器系统和轴向注入束运线的设计、加工和调试结果.中心区的设计采用了两种注入半径及相应的两套螺旋式静电偏转镜,解决了高频电压在某些工作区域偏低及三次谐波加速时轴向注入线上空间电荷效应较为严重的问题.新的锯齿波聚束器系统不仅可以提高聚束效率,而且还提出了采用半频聚束模式以提高SFC与主加速器SSC?的纵向匹配效率.新设计的轴向注入束运线配备了两台在线ECR离子源,提高了电荷态分辨能力和注入相空间匹配能力,在提高注入效率的同时还改善了离子源及束运线的工作环境和调束手段.     

作为BEPCII预注入器的光阴极注入器

 为了提高并且采用双束加速技术以进一步提高BEPCII正电子从直线加速器注入到储存环的速率,BEPCII(Beijing Electron Positron Collider Upgrade Project) 正在建造带有两个次谐波聚束腔的新预注入器。提出了使用光阴极注入器作为BEPCII预注入器的新方案,其性能优于次谐波聚束系统：发射度和能散至多为次谐波聚束系统的1/4,100%的传输效率,没有卫星束团的干扰,等。此外,还分别对光阴极注入器在高电荷量和低电荷量两种情况下的束流动力学进行了模拟计算和优化研究,并将其性能与正在建造的次谐波聚束系统和旧聚束系统的性能进行了比较和讨论。由此光阴极注入器产生的电子束还可以在将来用作激光-等离子体或激光-非传导性加速结构的尾场加速研究。     

深度高斯过程辅助的光阴极注入器优化设计

环形正负电子对撞机（CEPC）对注入器出口处的束团的电荷量、横向发射度、纵向长度等指标提出了严格的要求，设计开发高性能的电子枪及注入器成为了重要挑战。为了得到满足指标的束流，必须同时考虑众多非线性且相互耦合的变量。基于光阴极微波电子枪，提出了一种用多目标遗传算法在高维参数空间进行搜索的方法，对束团的横向归一化发射度和纵向长度进行优化，以期将电子枪的性能发挥至极限。由于考虑空间电荷效应后的束团传输过程模拟计算非常耗时，我们构建了一个3层的深度高斯过程作为替代模型，以解决目标值计算开销大的问题。通过对影响束流横、纵向相空间演化的关键因素分析，共确定了16个几何参数和10个束流元件参数。最后，展示了对由一个L-band的常温微波电子枪、一对螺线管和一个行波加速管组成的注入器，在初始电荷量为10 nC的优化结果。在计算了8 000个有效解后，观察到在两个优化目标上均表现良好的解，其对应的横向归一化发射度为19.8π·mm·mrad，束团长度（RMS）为1.0 mm，与当前的设计结果比较，横向归一化发射度压低了约70%。     

用于微波电子枪注入器的α磁铁的设计和制造

本文给出用于北京自由电子激光器的微波电子枪注入器的α磁铁的物理参数和物理设计,并报告了磁场测量的结果:好场区范围13.3cm;场梯度均匀度1.5%.经模拟计算和束流实验证明,这块α铁的设计和制造满足了微波电子枪高亮度注入器的要求.     

HIRFL–CSR主环电子冷却装置调试

介绍了在HIRFL–CSR主环电子冷却装置上首次设计的能够产生空心电子束的电子枪阴极. 在弯曲螺线管内采用了静电偏转电极,冷却段采用了高磁场平行度螺线管设计,在IMP与BINP的合作下完成了电子冷却装置,测量了电子束剖面及密度分布、冷却段磁场平行度、电子枪和收集器的性能,实验验证了静电偏转电极的优越性,调试结果表明实现了预期的设计目标.     

TESLA行波正电子注入器和束流模拟

TESLA 行波正电子注入器采用L波段常温加速结构,它同时具有高分路阻抗和大孔径的优点.经系统地束流模拟计算,设计了正电子注入器的主要参数.束流模拟结果表明,在注入器出口可获得满意的束流传输效率和优质的束流性能.     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

基于螺线管扫描法进行电磁叠加场中热发射度测量的仿真分析

在一种猝发高重频的X射线自由电子激光（XFEL）装置中,由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制,阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量,而测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提,无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题,考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响,基于此,研究归一化相空间中应用的螺线管扫描法,并通过仿真计算与分析,最终证明该方法适用于电磁叠加场中阴极热发射度的测量。     

HIRFL—CSR电子冷却装置的电子枪设计

 从理论上推导并分析了绝热加速原理，进而应用改进的EGUN程序对HIRFL – CSR冷却装置电子枪进行了模拟设计。给出了电子束的横向温度随电极结构和螺线管纵向磁场的变化情况。计算结果表明：在冷却装置的整个工作能量范围内，可以获得横向温度低于0.1eV的电子束。     

高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80 pC的电子束在350 keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14 mmmrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27 mmmrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。