瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9mm和10.5mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数(包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸)对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。

光学渡越辐射在电子束能谱测量上的应用

论述了用光学渡越辐射对强流短脉冲束团的能谱进行测量的理论和方法。探讨了利用单膜装置、双膜装置或多膜装置产生的光学渡越辐射进行束流能谱测量的方法，并针对２０ＭｅＶ电子感应直线加速器能散为０．５％的电子束能谱测量作了一些计算以得到部分装置的设计参数。计算表明：应用渡越光栅谱仪选择合适的膜片厚度及间距，对于给定的电子能谱，可以得到大的能量接受度和好的能量分辨率。然而，要用大量的膜片是困难的，而且还有许多影响多膜渡越辐射能谱仪的实际问题需要讨论。

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

光学渡越辐射是运动的带电粒子穿过两种不同电介质的界面时产生的能量向外辐射，辐射能量的分布具有显著的角度分布特点。对电子束产生的光学渡越辐射能量的空间角分布进行测量，可以获得电子束的发散角、发射度、能量等参数。针对所测量的带电粒子束的特点，介绍了在神龙一号上利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统的设计方法，达到了同时测量电子束发散角和束斑的要求，为进行时间分辨测量系统的设计奠定了基础。

基于光学渡越辐射方法的实时电子能谱测量系统

针对加速器技术发展和应用对能谱测量精度、速度要求的不断提高 ,提出基于光学渡越辐射方法的实时能谱测量方案 ,给出了该方案的初步解决方法 ,并对各个实现细节给与描述 ,最终给出在中国科学院高能物理研究所自由电子激光 (BFEL)实验室所得的阶段性实验结果。在现有实验条件下 ,所得OTR光宽 2 0mm ,与理论计算值相吻合。

一种新型光学渡越辐射光学特性的测量方法

为了解决理论测量中,光学渡越辐射焦平面的空间角分布与像平面的束剖面光路互相影响,难以同时测量,提出了一种新型的光学渡越辐射光学特性的测量方法.介绍了其光路原理和结构方案,分析了测量结构中的OTR镜头、分光棱镜与铅屏蔽结构的技术难点与解决方法.结果表明:系统克服了单功能测量、成像质量差等缺点,在ICCD相机上能够同步获得较好的光学渡越辐射的束剖面和空间角分布图案,且基本屏蔽了对图像采集有着强烈干扰的X-射线等高能辐射.

利用光学渡越辐射进行强流束诊断

描述了光学渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用光学渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案。在解决了在强流束测量中强背景干扰等问题后,获得了光学渡越辐射的特征图案,据此测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角和发射度。初步的实验结果表明,光学渡越辐射方法是强流束诊断的一种有效手段。

飞秒激光-固体靶相互作用中渡越辐射的测量

为了探索超热电子的加热机制,利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪,分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射(OTR)积分成像图案和光谱。实验在100TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与铜膜靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上。测得的积分成像图案呈圆环状,光斑形成区域直径约为225μm,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号,该现象表明,超热电子在传输的过程中存在成丝效应,其分布也不均匀。光谱在300～500nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400nm(2ω0)附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射(CTR)。

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。

光学渡越辐射理论及其在直线感应加速器脉冲电子束诊断中的应用

匀速运动的带电粒子在穿过具有不同介电常数的两种媒质界面时要产生所谓光学渡越辐射。该辐射在粒子的入射平面上呈偏振行为;从辐射强度的角分布可以确定入射粒子的能量。在入射到双膜系统的情况下,由于干涉的发生,在第二膜前表面的强度角分布有振荡行为。利用这些现象,可对脉冲电子束包络半径、束电流密度的横向分布,束能量以及横向散角进行测量,依照这一原理在各LIA加速器上进行的脉冲电子束参数测量,获得的有效数据极大地提高了加速器的调试效率。

利用光学渡越辐射进行强流束诊断

当匀速运动的带电粒子通过介质交界面时，在库仑场重建的过程中，会产生渡越辐射，位于可见光波段的渡越辐射被称为光学渡越辐射（OTR）。它作为一种束流诊断工具，具有空间分辨率高、时间响应快、多参数同时测量、对束流影响小、装置简单等特点，能够测量束剖面、发散角、发射度、能量、束流的宏脉冲长度和微脉冲长度等多个参数，因此在国外加速器领域得到了比较广泛的应用。

飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究

为了探索渡越辐射(TR)的时间特性,在100TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机,在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示:TR时间分辨成像光斑呈长条状,而辐射区域有发散角、有光强分布。TR信号强而快,持续时间短,为ps量级,最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢,持续时间长,为ns量级,最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。

增强共振渡越辐射的可能途径

本文分析了影响共振渡越辐射的主要因素。在此基础上,讨论了改善渡越辐射共振条件的措施和其它增强共振渡越辐射的可能途径。

渡越辐射及其在北京自由电子激光装置束测中的应用

在北京自由电子激光器装置的性能改进中，采用了基于渡越辐射的电子束诊断方法。描述了滚越辐射应用于电子束参数测量的基本理论，介绍了ＢＦＥＬ中利用渡越辐射进行的实验方案，并报导了初步的结果。

OTR时间分辨测量系统的嵌入式远程控制方法

基于光学渡越辐射原理的高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高的特点,可以测量电子束的束剖面、发射角、能量等参数。利用嵌入式方法,通过计算机控制系统对时间分辨测量系统实现实时的远程控制,实现了直线感应加速器中时间分辨测量。计算机控制系统接收光电视频信号,进行实时图像传输,得到动态图像,有效解决了在直线感应加速器中强流干扰的光学渡越辐射测量的困难。并给出了嵌入式远程控制的方法。

超热电子的产生与输运背向辐射的测量

报道了在20TWfs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示:超热电子能谱呈双温类麦克斯韦分布,拟合的温度分别为90和280keV,平均温度为185keV,这与已知的温度定标率较好地吻合。光学渡越辐射测量结果显示:光学渡越辐射是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布。如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。

电子束测量中的光学转换靶研究

在电子加速器中，柬参数的测量工作是一项极为重要的研究工作，其中转换靶的作用不可忽视。根据不同束参数的测量要求，需要不同结构及材料的转换靶。通过建立模拟模型，计算了基于契伦科夫辐射、光学渡越辐射及直接能量交换原理的转换靶的分辨率，阐述了电子柬的束斑测量、发散角测量、发射度测量对转换靶的具体要求。

具有时间分辨能力的高能强流电子束光学渡越辐射测量系统

光学渡越辐射作为高能强流电子束束流参数测量的一种方式,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数;通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、运输中的问题,非常有利于加速器的研究与调试。一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束参数测量的系统被建立起来,并应用到了18.5MeV,2.5kA,90ns的实际的电子束束参数的在线测量中,具有以10ns的时间间隔和3ns的曝光时间来获得90ns内相应的时间分辨的束发射度的变化值的能力,为加速器的研究提供了又一个强有力的测试手段。该系统具有的时间分辨能力最高到达10ns,一次可以拍摄到8幅图像,最小的曝光时间为3ns,图像分辨率为1376×1035,幅面可以达到φ80mm以上。

超短脉冲激光辐照固体靶背向光发射的测量

利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪,分别在金属箔背表面法线方向测量了光发射的积分成像光谱和散射光光谱.积分成像光谱测量结果显示,光谱呈圆环状,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号确定为超热电子输运穿越固体靶引起的光学渡越辐射（OTR）;散射光光谱测量结果显示,光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400 nm（2ω）附近出现的尖峰归结于v×B加热机制产生的超热电子束中的聚束引起的相干渡越辐射（CTR）.渡越辐射光强随靶厚度的增加而减小.

具有时间分辨能力的强流电子束束剖面测量系统

高能强流电子束的束参数测量是加速器研制过程中重要的一项测量工作,由于光学渡越辐射具有时间响应快、分辨率高等特点而被用于测量电子束的具有时间分辨能力的束剖面、发散角、能量等多个参数;通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、输运中的问题,非常有利于加速器的研究与调试。一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束束斑测量的系统在中国工程物理研究院被建立起来,并在12MeVLIA的电子束束斑的测量中用于电子束传输研究,该系统拍摄图像的间隔时间最小为10ns,最小的曝光时间为3ns,具有一次可以拍摄8幅图像的能力,并获得了12MeVLIA约100ns内相应的时间分辨的束斑变化情况,观察到了一些过去未观察到的现象,为加速器的研究提供了又一个新测试方法。