CSR纵向束团压缩腔研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的发展目标,为了满足高能量密度(涉及重离子驱动惯性约束核聚变新能源)等物理研究的需要,使用三维电磁场计算程序MAFIA研究了一种新型的适用于CSR的纵向束团压缩腔。此纵向束团压缩腔采用高磁导率软磁合金材料进行加载,相比于铁氧体加载的高频腔,可以得到高的电场梯度。以250MeV/u的238U72+离子为例进行了模拟计算,得出了此纵向束团压缩腔的工作频率为1.15MHz,峰值工作电压为80kV,由两个1/4波长同轴谐振腔组成,每个谐振腔峰值工作电压为40kV,能够满足在CSR上进行纵向束团压缩的要求。

束团磁压缩的高阶限制

研究了束团压缩中的高阶效应,结果表明存在高阶项的压缩限制,压缩后束团的长度比线性理论值长,初始为均匀分布的束团较高斯分布更易压缩,在相同的加速段与磁压缩器条件下,其所获得的束团长度较短,最后作了数值计算,结果与理论相符．

外注入式独立调谐微波电子枪的概念设计

为得到微脉冲束团长度在百fs量级且高重复频率,设计了一种紧凑型的强流电子枪结构———独立调谐微波热发射电子枪。该电子腔具有双驻波加速腔,两个驻波加速腔之间相互没有耦合,可以分别独立地馈入功率、调节相位。通过优化功率与相位,可以得到较优的束流品质,同时避免了α磁铁和激光系统的使用,使得结构更加紧凑。并采用外注入式结构增大流强、降低能散度,同时消除电子反轰对阴极的负面影响。对不同结构参数的腔体进行1维和3维束流动力学计算,可以得到较为理想的腔体参数。通过调节预注入器的馈入功率和粒子入射相位,可以进一步的压缩束团长度。

电子在α-磁铁中的运动描述

由于α 磁铁具有能量选择和束团脉宽压缩的功能,它是RF gun注入器中一个非常重要的组成部分。描述了α 磁铁的结构特点,讨论了电子在α 磁铁中运动的归一化方程。采用数值计算的方法给出了与电子运动能量无关的理想轨道运动方程,并导出了α 磁铁的主要性质。

新型金属丝靶电子源实验研究

电子束在基础科学研究、工农业生产和医疗领域发挥了重要作用。提出了一种新型的电子源技术方案:高功率激光脉冲轰击金属丝靶,可以产生大量能量在百keV量级的热电子,一部分热电子在丝靶表面自生电磁场的作用下沿着丝靶运动,丝靶后方可以获得指向性良好的电子束。实验上成功在金、钨和铜丝靶后方获得了电子束团,测量了束团束斑、电荷量和能谱。铜丝靶单发实验收集到的电子束团总电荷量可达3 nC,能量分布在0~240 keV区间内,能谱在100 keV附近呈现峰值。提出了微波压缩方案,设计了2腔微波聚束腔,利用ASTRA对微波腔压缩过程进行了模拟计算。结果显示,可以将电荷量1 nC、长度55 ps的束团压缩至27 ps,满足后续微波加速器对电子源的要求。