导线X射线瞬态响应的数值计算

 针对裸线和带保护层导线两种不同的物理结构,分别应用Holland细线模型和时域传输线模型,结合实验结论,计算了负载大小、导线半径、X射线能量以及保护层厚度等对导线X射线瞬态响应的影响。计算结果表明,负载较小时,负载变化对负载电压电流、负载功率和负载能量的影响不大,负载较大时,对响应的影响比较大;负载增大时,负载电流响应脉宽增加、幅度减小,负载功率存在最大值,但是,负载吸收能量却一直增大;负载响应与导线半径成正比、与X射线能量成反比;变化保护层厚度时,负载响应存在峰值;由于保护层内负电荷的影响,相同X射线和导线半径条件下,带保护层导线比裸线的响应至少小一个量级。     

电子束空间极限电流的非线性理论研究

从电子束一维稳态传输的电势非线性Poisson方程出发,推导了圆柱波导内实心束和环形束空间极限电流与电子入射电势的依赖关系,给出了数值求解方法和解的特征,分析比较了数值计算与现有解析公式及粒子模拟的结果.考虑电子的横向运动,对数值方法进行了二维修正,计算结果与粒子模拟结果具有很好的一致性.说明利用数值方法计算电子电势非线性微分方程能够得到更精确的电子束在圆柱波导内的空间极限电流;另外,对其他形状的波导,尤其是难以得到解析式的情况,根据实际几何结构设置边界条件,数值方法可以方便地给出束流传输特性,对设计新型结构的高功率微波器件提供理论指导. 关键词： 相对论电子束 圆柱波导 空间极限电流 束流传输     

新型反馈式轴向同轴虚阴极振荡器

从电子束一维稳态传输的电势非线性Poisson方程出发,推导了圆柱波导内实心束和环形束空间极限电流与电子入射电势的依赖关系,给出了数值求解方法和解的特征,分析比较了数值计算与现有解析公式及粒子模拟的结果.考虑电子的横向运动,对数值方法进行了二维修正,计算结果与粒子模拟结果具有很好的一致性.说明利用数值方法计算电子电势非线性微分方程能够得到更精确的电子束在圆柱波导内的空间极限电流;另外,对其他形状的波导,尤其是难以得到解析式的情况,根据实际几何结构设置边界条件,数值方法可以方便地给出束流传输特性,对设计新型结构的高功率微波器件提供理论指导.     

直线加速器驻波腔中的瞬态束流负载效应

在高能加速器中, 随着单个束团和束团串中电荷量的提高, 当粒子束穿过加速腔的时候, 感应出的瞬态束流负载电压也越来越高. 但是, 在通常分析束流负载的时候, 往往对稳态束流负载研究的比较多, 而对瞬态束流负载的研究要相对少一些. 本文首先对束流负载的瞬态特性和束团穿过加速腔时高频源所看到谐振腔谐振频率的变化方式进行了分析, 然后又对两种情况下谐振腔的最优失谐条件进行了讨论, 并给出了相应的解析公式. 在第1种情况下, 当粒子束穿过加速腔的时候, 谐振腔的自然谐振频率能够及时地得到调节, 从而使高频源的电流与谐振腔的腔压同相, 以提高高频源的效率; 在第2种情况下, 当粒子束穿过加速腔的时候, 谐振腔的自然谐振频率保持不变, 不能被调节. 最后, 还对BEPCⅡ现有预注入器的预聚束腔、BEPCⅡ未来预注入器的两个次谐波聚束腔中的瞬态束流负载效应进行了分析.     

非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析

为便于评价、优化磁式压电振动能量采集系统的性能,系统研究了该类系统的建模与分析方法,建立了非线性的分布参数模型用于描述系统的非线性动力学行为,并采用谐波平衡法给出了谐波响应的解析解.随后利用仿真模型分析了磁铁间距、加速度幅值、负载阻抗对输出功率的影响,比较了不同激励频率和加速度幅值下的最优阻抗.结果表明:双稳态特性适用于低强度的振动环境,且愈接近临界区域,输出功率愈高,而单稳态渐硬特性适用于高强度振动环境,其最优间距并不靠近临界区域;阱间大幅运动和阱内小幅运动均存在高低能量态共存的现象,愈接近临界区域,现象愈明显;激振频率是影响最优负载阻抗的决定性因素.     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

 采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。     

非弹性核反应对质子束能量沉积的影响

提出了一种比较精确且又省时的质子穿透的解析算法,并给出了考虑核反应后50—250MeV质子在水中的能量沉积,与Monte-Carlo方法的结果进行了比较.结果表明:1)非弹性核反应对质子的能量沉积有明显的影响,特别是对较高能量的质子束入射情况;2)该方法计算效率比Monte Carlo方法高百倍以上.因此,本文方法解决了质子能量沉积计算中效率和精度之间的矛盾,有可能在质子束放射治疗中得到实际应用. 关键词： 质子能量沉积 核反应 截面     

双电感型脉冲电源模块负载电流的研究

轨道炮的发射需要幅值足够大脉宽足够宽的梯形波电流。研究了两个电感型脉冲电源模块给同一负载供电时的三种工作模式，在不同的工作模式下，负载的电流放大倍数和脉宽增值不同。由实验和仿真结果知: 两个STRETCH meat grinder电源模块在相同模式下工作时，负载电流放大倍数最大，脉宽增值最小。在主管同开同断且晶闸管延时的模式下工作时，脉宽增值最大，电流放大倍数最小。以第二模块延时第一模块的模式工作时，负载电流的放大倍数和脉宽增值都是居三模式之中，因此可通过选取合适的触发方式获得所需要的负载电流。     

径向线内电子束的空间极限电流

为了对径向线内电子束的空间极限电流及相关物理参量进行分析, 在径向方向无穷长与束流密度轴向均匀的假设条件下, 对电势满足的线性泊松方程进行了解析求解, 得到了空间极限电流的解析表达式, 接下来对束流密度轴向非均匀分析条件下电势满足的非线性方程进行了数值求解, 并与解析结果进行了对比。研究表明径向电子束具有较高的空间极限电流且当束流接近于极限电流传输时, 束密度的非均匀性明显增加, 相关结论可以为径向高功率微波器件的设计提供指导。     

LaMgAl11O19:Co2+被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系.设计了一台LaMgAl11O19:Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果.结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低.输入能量低于12 J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12 J时,输出会出现双脉冲.在8 J的电输入下,获得了峰值功率50 kW,2.7 mJ的1.535 tm激光输出.最后讨论了提高单脉冲能量的方法.     

The LUE-200 accelerator at the IREN facility: Current status and development

The general scheme and current status of an electron linear accelerator with an S-band travelling wave (f = 2856 MHz) accelerating structure—a driver for a pulsed neutron source (the Intense Resonance Neutron source (IREN)) at the Frank Laboratory of Neutron Physics of the Joint Institute for Nuclear Research—are presented. The parameters of the accelerating system and the measured parameters of the electron beam—pulse-beam current, duration of the current pulse, repetition rate, electron-energy spectrum, and loading characteristics of the accelerating structure—are given. The beginning of the implementation of the project of the second stage of the IREN facility, which forms the basis for the development of the accelerator aimed at increasing its beam power, is reported. Technical solutions underlying the modernization of the accelerator’s electrophysical systems are discussed: accelerating system, RF power supplies, and modulators.     

Tomography of injection and acceleration of monoenergetic electrons in a laser-wakefield accelerator

A tomographic diagnosis method was developed to systematically resolve the injection and acceleration processes of a monoenergetic electron beam in a laser-wakefield accelerator. It was found that all the monoenergetic electrons are injected at the same location in the plasma column and accelerated from 5 to 55 MeV energy in 200 microm distance. This is a direct measurement of the real acceleration gradient in a laser-wakefield accelerator, and the experimental data are consistent with the model of transverse wave breaking and beam loading for monoenergetic electron injection.     

Demonstration of a 17-GHz, high-gradient accelerator with a photonic-band-gap structure

We report the testing of a high gradient electron accelerator with a photonic-band-gap (PBG) structure. The photonic-band-gap structure confines a fundamental TM(01)-like accelerating mode, but does not support higher-order modes (HOM). The absence of HOM is a major advantage of the PBG accelerator, since it suppresses dangerous beam instabilities caused by wakefields. The PBG structure was designed as a triangular lattice of metal rods with a missing central rod forming a defect confining the TM(01)-like mode and allowing the electron beam to propagate along the axis. The design frequency of the six-cell structure was 17.14 GHz. The PBG structure was excited by 2 MW, 100 ns pulses. A 16.5 MeV electron beam was transmitted through the PBG accelerator. The observed electron beam energy gain of 1.4 MeV corresponds to an accelerating gradient of 35 MV/m, in excellent agreement with theory.     

集装箱检测系统用加速器电子枪的特性研究

 研究了固定式海关集装箱检测系统用9MeV电子行波直线加速器电子枪的结构特点和束流特性。该电子枪采用钪酸盐阴极,在灯丝电流为2.4A,阳极引出电压为-40kV的工作条件下,由电子枪发射到加速器入口处的脉冲电流强度为300mA,在加速器出口处,束斑截面小于φ2mm;打靶后,产生的X射线剂量率大于30cGy/(min× m)。电子枪的良好特性及束流强度保证了集装箱检测图像所需的高分辨率的要求。为保证满足更换电子枪时的安装要求,利用EGUN程序模拟计算了电子枪的结构及束流特性,为实际装配和使用提供了参考尺寸和调试参数。     

大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计. 该加速器采用返波型行波加速结构加速管, 综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点. 加速器工作于S波段, 中心频率为~2856MHz. 利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计, 设计输出电子束能量为10MeV, 脉冲流强300mA, 加速管总长1.5m, 模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%. 同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算, 得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.     

High-gradient millimeter-wave accelerator on a planar dielectric substrate

We report the first high-gradient studies of a millimeter-wave accelerator, employing for the first time a planar dielectric accelerator, powered by means of a 0.5-A, 300-MeV, 11.424-GHz drive electron beam, synchronous at the 8th harmonic, 91.392 GHz. Embedded in a ring-resonator circuit within the electron beam line vacuum, this structure was operated at 20 MeV/m, with a circulating power of 200 kW, for 2 x 10(5) pulses, with no sign of breakdown, dielectric charging, or other deleterious high-gradient phenomena. We also present the first measurement of the quadrupolar content of an accelerating mode.     

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。     

神龙二号多脉冲电子束束参数的时间分辨测量技术

神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器,就其多脉冲的电子束束参数的测量而言,基本要求是单个脉冲可分辨,进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理,发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构,结合多台高速分幅相机,成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统,其特点是灵活的组合测量方式,全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平,单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。     

Analysis of the Current Loading of an Accelerating Field Beam From a Lue-200 Accelerator

Russian Physics Journal - The current loading of an accelerated electron beam in the accelerating fields of a LUE-200 linear accelerator of the IREN facility at the Joint Institute of Nuclear...     

褶皱管束流能量稳定器(英文)

输出脉冲稳定性的需求对驱动自由电子激光产生的电子直线加速器装置束流稳定性提出了严格的要求,包括电子束平均能量、峰值流强、束团到达时间抖动和横向位置抖动等参数。基于正在建设的大连相干光源用户装置,探讨了最近提出的褶皱管用作能量稳定器的可行性。采用解析计算和数值模拟结合的方法,结合大连相干光源直线加速器的设计,在设计参数条件下能量稳定性至少提升10%。同时提供了褶皱管尾场设计的一般步骤。