中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿

针对强流质子同步加速器中的束流负载效应,基于中国散裂中子源/快循环同步加速器射频系统样机,在不降低腔体Q值的前提下,以数字化低电平控制为主要技术手段,对束流负载效应进行补偿。提出完整的由多控制环路组成的束流负载效应补偿方案。该方案主要由引入自适应算法的束流前馈和高带宽低延时的射频直接反馈,以及在束流负载下对腔体谐振状态进行控制的腔体预失谐和动态调谐等组成。

高频单腔加速器的束流负载效应

一、高频单腔加速器束流负载特点加速谐振腔经耦合环与高频系统耦合并建立高频电磁场。馈送到谐振腔的高频能量,一部分损耗在谐振腔内壁,其余部分传递给束流。束流形成的负载场与高频电磁场相互作用,使腔内的场分布发生变化,最后达到稳定平衡。与一般驻波型加速器相比较。

电子储存环的束流负载效应及高频腔系统匹配的调整规律

在强流电子储存环调试运行时,克服束流负载效应是十分重要的问题.本文应用电流源等效电路方法,推导了克服束流负载的理论,并在此基础上计算得出合肥800MeV 电子储存环束流改变时为保持高频腔系统匹配所要求的腔频失谐量的调整规律。

两腔高功率微波振荡器的频率束流负载效应研究

在微波腔中电子束与微波场的相互作用,微波场影响电子的运动,同时电子束作为电流源也产生辐射影响微波场,是一个闭环系统.而辐射微波频率决定于两个因数:电子束的运动和微波器件的谐振频率.根据电子束同微波场之间的自洽互作用过程,给出了辐射微波频率同电子束的运动、微波器件的谐振频率之间的关系,通过2.5维PIC模拟研究了这种频率束流负载效应的特点,理论计算结果同数字模拟结果一致.

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并,为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响,对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示,在束团合并过程中,束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡,导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变,是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响,采用多谐波前馈系统进行补偿,达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的,从而确保了BRing中引出束流的品质,同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。

CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估

在高功率超导质子直线加速器中,束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型,开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序,分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响,并在C-ADS注入器Ⅱ上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序,评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度,以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下,为满足超导腔中电磁场0.1%与0.1°的幅相稳定度指标,前馈时序抖动的偏差不能超过0.79μs,束流流强的直流偏差不能超过0.9%,并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。

直线感应加速器中束流负载对加速腔压波形的影响

在"神龙二号"直线感应加速器的调试中,虽然电容探头和电阻分压器测到的空载加速腔电压波形基本一致,但是带束流负载时两者的波形有明显差异,针对此实验现象开展了研究。仔细模拟了束流波形和电压波形相对时间差异引起的波形差异,得到束流提前、同步和滞后条件下的腔压波形,确认相对时间差是导致波形差异的一个重要原因。建立了加速腔的分布参数电路模型,模拟结果表明束流负载效应到达两种探头的时间不同,这会导致腔压波形的不同;由于电容探头距离加速间隙更近,所以电容探头测到的波形更接近束流实际得到的加速波形。后续的调试实验获得了没有加速电压时束流产生的负载效应波形,证明束流负载到达两个探头的时刻确实不同,对加速器出口束流能谱的测量结果也表明束流的能谱分布和电容探头波形的叠加结果基本符合,上述结果表明该研究所用的模拟和分析方法是有效的,可以用于加速器的调试和性能优化。

储存环束流Robinson不稳定性的分析和测量

探讨了储存环束流的Robinson不稳定性问题,提出用"等效失谐角大于零"取代"失谐角大于零"作为束流稳定的基本条件。在合肥光源电子储存环200MeV注入状态下,对束流不稳定性与高频腔失谐之间的关系进行了实验测量。结果表明:当束流稳定条件不满足时,如果高频腔大失谐,束流将全部丢失;小失谐时束流容易部分丢失;当高频腔处于负失谐状态,束流流强将限制在较低水平。

应用被动式高次谐波腔改善合肥光源的束流寿命(英文)

高次谐波腔被用于同步辐射光源中拉长束团,降低束团密度,从而提高束流寿命,并且对光源亮度影响很小。理论推导了加入高次谐波腔之后的有关纵向束流动力学方程,计算了改造后的合肥光源(HLS-II)在加入三次谐波腔时最优条件下的寿命改善因子为2.9,束团长度为45.65 mm;计算还表明束团在均匀填充模式下谐波腔中的束流负载效应对束团拉伸的影响可以忽略。经过大量数值模拟计算,优化设计了一个带有高次模阻尼的三次谐波腔。

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。

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．