粒子加速器消色散节中相干同步辐射效应抑制的理论和实验设计研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangliang19910125
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随着原子核物理、生命科学、材料科学等诸多前沿学科领域需求的不断增长,电子加速器技术在发展中日臻成熟。高能高亮度粒子对撞机、同步辐射光源、能量回收型直线加速器(ERL)、自由电子激光(FEL)等大型加速器装置为多学科的前沿科学研究提供了重要工具。与此同时,随着这些科学研究逐渐深入,对电子束的束流品质提出了越来越高的要求。加速器是一个复杂的束流加速、传输系统,不可避免地存在各种非线性效应和高阶误差。如果这些效应如果得不到有效抑制,将极大降低束流品质,并最终影响机器性能。因此,理解并抑制这些效应,发展更为先进的束流调控技术,是加速器发展历史过程中经久不衰的热门课题。  无论在高性能粒子对撞机,还是在ERL、FEL等先进光源装置中,随着电子束团长度不断减小和横向发射度不断降低,相干同步辐射(CSR)效应开始变得显著,成为影响束流品质一个非常重要的原因。  本论文的主要工作是建立CSR“点力”模型及提出“二维点力”分析方法。利用该方法得到两块或者三块二极磁铁组成的消色散节中的CSR线性效应抵消条件,并提出了相应的CSR效应抑制方案。通过数值模拟与理论研究对比,验证“二维点力”分析方法的正确性和CSR效应抑制方案的有效性。  上海深紫外自由电子激光dogleg传输段的搭建,为验证CSR效应抑制方案提供了良好的实验平台。在本论文中将给出dogleg实验设计的初步方案,考虑实际存在各类误差存在的情况,并进行相应的数值模拟与我们的理论进行对比,讨论本实验存在的困难点及可以改进的地方。  弧形束团压缩器是ERL中常用到的用于压缩束长的结构,但是在此结构内CSR效应往往十分严重,并可能破坏束流品质。本论文也探讨了利用改进的“二维点力”分析方法,在弧形束团压缩器如何同时实现高束团压缩因子和抑制CSR效应的方法。  总结来说,本论文中由“二维点力”分析方法得到的CSR效应抑制方案只需通过调节束流光学即可实现,这些研究成果对将来设计和建造高性能加速器的消色散节提供很大的实际参考价值。
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