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相干太赫兹同步辐射光源要求储存环中的束团非常短。准等时性储存环是实现短束团的手段之一。动量紧缩因子是一个与储存环聚焦结构参数有关的量,当一阶动量紧缩因子的值减小的时候,束团的长度将会变小。当一阶动量紧缩因子的值减小至接近零时,此时的储存环称为准等时性储存环,它将具有一个非常短的束团长度。当准等时性条件被满足时,动量紧缩因子的高阶项的影响将会变大,将会引起纵向的不稳定性。
本文提出了一个用于相干太赫兹同步辐射的准等时性储存环的lattice设计方案,通过对储存环磁铁参数和布局的合理选择,将线性动量紧缩因子减小到10-7的数量级。同时也对设计方案进行了进一步优化,包括工作点的选择,自然色品的校正和动力学孔径的追踪,并估算了束团长度和可能达到的辐射功率谱,证明了直接调节lattice参数实现相干太赫兹同步辐射准等时性储存环的可能性。
由于相干太赫兹同步辐射具有一个很大的辐射张角,因此弯转磁铁处的真空室必须被设计成为一个具有大张角的楔形结构,以便顺利引出同步辐射光。然而,具有楔形结构真空室将会形成一个类腔体,这个类腔体会在束流经过时,建立起电磁场而储能,从而会对束流造成影响。本文对于这个类腔体结构进行了建模,并对其中的本征模进行了求解计算,结果表明了该类腔体结构在束流流经路径上建立的电场强度并不强,因此不会对束流产生太大的影响。
文章的最后对准等时性储存环的lattice设计中需要注意的问题以及其限制因素进行了进一步的讨论。对于设计储存环的公差容忍度必须足够大,并且由于准等时性储存环的特殊性,它对色散函数的误差非常敏感,因此必须保证储存环不会由于色散函数的误差而产生严重的束团伸长效应,从而破坏准等时性;由于准等时性储存环具有低动量紧缩因子,往往设计能量也不高,因此束团的托歇克寿命也不高;当准等时性条件被满足时,不稳定性所要求的束流流强的阈值将会大大降低,这是因为高流强会引起微束不稳定性和头尾不稳定性,因此普遍的准等时性储存环都具有流强不高的缺点。