纵向高斯型密度分布下电荷束团的自场能与发射度增长

在直线加速器中纵向高斯型密度分布的假定下，推得了纵向高斯型密度分布与横向密度分布分别为均匀型（Ｋ－Ｖ）、水袋型（ＷＢ）、抛物线型（ＰＡ）和高斯型（ＧＡ）相组合情况下的非均匀密度分布的自场能公式及相应的束流发射度增长；并且通过数值计算，给出了束团自场能及发射度随加速器和束团参数变化的图表。     

直线加速器中电荷束团非均匀密度分布引起的发射度增长(英文)

束流发射度的明显增长与束团中电荷密度分布的均匀化密切相关,是空间电荷自场能转换成粒子横向动能的结果。作者推得了在直线加速器屏蔽筒中的几种常见的非均匀密度分布的有限长空间电荷束团的非线性自场能,并给出了它们与均匀分布束团之间的剩余场能以及由此引起的直线加速器中非均匀密度分布的电荷束团发射度增长的数值计算结果图表。     

纵向和横向高斯型束团发射度增长的比率关系(英文)

采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在纵向z和横向r都满足高斯分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了该纵向和横向高斯型密度分布电荷束团发射度增长的比率关系。     

纵向非均匀密度分布束团的空间电荷效应

采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型，推导得出了电荷束团的纵向密度分布为水袋型和抛物线型与横向密度分布为均匀（Ｋ－Ｖ）型，水袋型、抛物线型及高斯型等各种组合非均匀密度分布的空间电荷场分布，藉以考察束团的非线性空间电荷效应。     

纵向和横向高斯型束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在纵向z和横向γ都满足高斯分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了     

高斯型纵向密度分布束团的非线性空间电荷效应

文章叙述了采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型，推导得到了束团中的纵向电荷密度分布为高斯型，而横向电荷密度分布为Ｋ－Ｖ型、水袋型、抛物线型以及高斯型等各种组合的非均匀分布束团的空间电荷场公式。藉以考察高斯型纵向密度分布束团的非线性空间电荷效应。     

直线加速器中空间电荷束团的非线性效应

提出了在强流直线加速器中,由空间电荷束团的密度分布所引起的非线性效应。针对直线加速器中常用的盘电荷模型和有限圆柱电荷模型下的K—V分布、水袋分布、抛物线分布和高斯分布等密度分布形态,推导出了相应的非线性空间电荷场和力的表达式。     

直线加速器中空间电荷束团的非线性效应(英文)

提出了在强流直线加速器中,由空间电荷束团的密度分布所引起的非线性效应。针对直线加速器中常用的盘电荷模型和有限圆柱电荷模型下的K-V分布、水袋分布、抛物线分布和高斯分布等密度分布形态,推导出了相应的非线性空间电荷场和力的表达式。     

直线加速器中几何因子随电荷束团密度分布的变化

直线加速器中的几何因子ｇ是电荷束团的尺寸和管道半径的函数。并依赖于电荷束团的电荷密度分布。采用有限圆柱空间电荷模型,针对ＫａｐｃｈｉｎｓｋｉｊＶｌａｄｉｍｉｒｓｋｉｊ（Ｋ－Ｖ）分布、水袋（ＷＢ）、抛物线（ＰＡ）分布和高斯（ＧＡ）分布,分别求得其表达式;通过数值计算,给出了相应的图表曲线     

利用尾场结构实现速度压缩中的非线性补偿

在高亮度电子束装置中,限制速度压缩方法应用的一个主要原因是压缩过程中非线性效应导致的非均匀压缩。为补偿速度压缩过程中的非线性效应,避免出现非均匀压缩导致的局部高流强和束团品质下降,提出了基于尾场结构的非线性补偿方法。该方法利用束流在尾场结构中产生的电场来实现对束流纵向相空间的调制,从而对速度压缩过程中的非线性效应进行补偿,获得均匀压缩的高品质束流。利用ASTRA模拟程序对该过程进行了详细模拟,结果表明:利用该方法可以获得均匀压缩的、发射度增长可控的高品质束流。同时,经均匀压缩后束流切片能散从约3 keV提升到了20 keV左右,有利于抑制在后续压缩过程中的微束团不稳定性。     

束流发射度和亮度与束流密度分布的关系

束流发射率和束流亮度是表征加速器束流品质的主要指标。理论和实验研究都已发现,它们与束流空间电荷的非均匀分布有密切关系。     

直线加速器中电荷束团的耦合包络线方程

采用直线加速器中有限圆柱空间电荷模型，利用电荷束团所产生的纵向和横向空间电荷力，推导得到了直线加速器中计入纵向与横向耦合效应的电荷束团的耦合包络线方程；通过数值计算，给出了纵向和横向几何因子变化的计算实例。     

准周期聚焦-加速耦合系统的‘均温’设计方法(英文)

强流质子直线加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长。理论已经证明,强的空间电荷作用在不同自由度之间的耦合,会因为其间的‘温度’差异,通过束流的相干不稳定性,使束流发射度增长。因此,有必要按照‘均温’的原则设计强流加速器。但是,由于质子直线加速器的各种加速结构均为准周期耦合系统,使得‘均温’设计十分繁琐而难以达到完全‘均温’。利用国际上通用的束流动力学软件TRACE3-D,给它补充了‘均温’设计功能,通过与PARMILA程序的配合使用,可以方便地在加速器设计中实现‘均温’条件。介绍了对TRAcE3-D的修改补充,并以强流质子直线加速器设计实例,说明均温设计的必要性。     

FEL中的束流发射度分析

根据自由电子激光器(FEL)对电子束流品质的要求,对束流发射度以及引起束流发射度变化的因素,诸如加速过程中微波场的突变、能量增加、波导结构的尾场效应和传输过程中的空间电荷效应、粒子密度分布的影响及偏转系统中的尾场效应等等,进行了物理上的分析,对其中某些情况,给出了束流发射度变化量的具体估算。     

周期性聚焦系统中束晕形成的模拟研究

运用ＰＩＣ多粒子模拟方法，讨论了周期性聚焦系统中束晕形成的机制。为了真实，自洽地描述束晕的形成，假定相空间的初始粒子分布分别满足水袋型，抛物线型以及高斯型等相空间分布。通过数值模拟计算，得到了束晕强度，发射度增长随失配因子及调谐衰减变化等一系列结果。     

CSNS/LRBT优化设计及空间电荷效应影响研究

中国散裂中子源（CSNS）直线加速器至快循环同步加速器（RCS）的束流输运线（LRBT）传输80 MeV H^-束流至RCS注入点,由于较小的束流发射度和较高的峰值流强,空间电荷效应在LRBT中的影响非常显著,是引起LRBT中发射度增长和束流损失的主要因素,也是LRBT优化设计中的重要问题。文章利用TRACE 3-D程序进行带有空间电荷效应的twiss参量和消色散匹配,比较研究LRBT不同聚焦结构和不同初始束流分布条件下发射度的增长情况。对于采用Triplet结构作为标准单元的结构,研究发现,通过优化LRBT前端匹配段能有效控制发射度的增长。多粒子模拟跟踪结果表明,峰值流强为15 mA时,现有物理孔径下基本无束流损失发生。对LRBT上散束器的参数和位置进行了优化设计,可减少动量散度和中心能量抖动,优化RCS注入束流参数。