SXFEL装置中纯永磁移相器积分场优化方法的研究
本文选题:移相器 + 排序优化 ; 参考:《中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)》2017年硕士论文
【摘要】:本论文通过对上海软X射线自由电子激光(SXFEL)装置中的五台纯永磁移相器的磁场优化研究确立了一种能同时优化多台纯永磁移相器永磁块排列顺序的方法,使优化后的各台移相器所产生的磁场沿束流方向上的一次积分达到最小。同时提出了一种纯永磁移相器积分场的垫补方法,为纯永磁移相器的研制提供了很好的理论指导及技术准备。本论文第一章引言介绍了自由电子激光的发展和自由电子激光对波荡器系统的要求,随后对移相器的主要类型及上海软X射线自由电子激光装置中纯永磁移相器结构,永磁块和移相器的磁场测量方法进行了简单介绍。第二章主要介绍了移相器中带电粒子的基本运动规律、移相器的工作原理,以及如何利用面磁荷法计算整台移相器的一次积分。第三章详细介绍了纯永磁移相器永磁块的优化排序。由于永磁块的数量较多,我们首先进行永磁块的挑选,根据各块磁化强度的离散性及磁化偏角挑选所需数量的永磁块。然后利用模拟退火算法对五台移相器的永磁块同时做排序优化,比较了两种不同排序优化目标函数下的优化结果。第四章介绍五台移相器磁场一次积分的垫补方法和垫补结果。首先导出了单块永磁块高度或旋转角度的变化引起的移相器磁场一次积分变化的计算公式,然后根据磁场一次积分的测量结果,计算出每台移相器中对应的不同永磁块的高度或旋转角度的调整量,最终使垫补后的移相器的磁场一次积分满足工程要求。论文第五章分析了优化排序后积分场的期望值与实际测量值之间的误差的主要来源。通过本论文的研究,成功实现了上海软X射线自由电子激光装置中五台移相器永磁块排序优化以及最终的积分场垫补,使得每台移相器的磁场一次积分在好场区内都小于20Gs.cm,满足工程设计要求。
[Abstract]:In this paper, a method for optimizing the magnetic field of five PPM phase shifters in Shanghai soft X-ray Free Electron Laser (SXFELL) device is established, which can simultaneously optimize the sequence of permanent magnetic blocks of multiple PPM phase shifters. The magnetic field generated by the optimized phase shifters is minimized along the beam direction. At the same time, a new method is proposed to supplement the integral field of the pure permanent magnet phase shifter, which provides a good theoretical guidance and technical preparation for the development of the pure permanent magnet phase shifter. In the first chapter of this thesis, the development of free electron laser and the requirements of free electron laser for wave-shaker system are introduced. Then, the main types of phase shifter and the structure of pure permanent magnet phase shifter in Shanghai soft X-ray free electron laser device are introduced. The magnetic field measurement method of permanent magnet block and phase shifter is briefly introduced. The second chapter mainly introduces the basic motion law of charged particles in the phase shifter, the working principle of the phase shifter and how to calculate the integral of the whole phase shifter by using the surface magnetic charge method. In chapter 3, the optimal sorting of pure permanent magnet phase shifter is introduced in detail. Due to the large number of permanent magnetic blocks, we first select the permanent magnetic blocks, and select the required number of permanent magnetic blocks according to the discreteness of magnetization intensity and the magnetization deflection angle of each block. Then the simulated annealing algorithm is used to optimize the permanent magnet blocks of five phase shifters at the same time, and the optimization results under two different sorting optimization objective functions are compared. In chapter 4, the method and result of primary integration of magnetic field of five phase shifters are introduced. The formula for calculating the change of the magnetic field of the phase shifter caused by the change of the height or the rotation angle of the single block permanent magnet is derived, and then the measurement results of the first integral of the magnetic field are given. The adjustment of the height or rotation angle of different permanent magnet blocks in each phase shifter is calculated. Finally, the magnetic field integration of the phase shifter after filling can meet the engineering requirements. In the fifth chapter, the main sources of error between the expected value of the integral field and the actual measured value are analyzed. Through the research of this thesis, the optimization of permanent magnet block sorting of five phase shifters in Shanghai soft X-ray free electron laser device and the final integral field patch compensation have been successfully realized. The magnetic field integral of each phase shifter is less than 20Gs.cmin the good field, which meets the engineering design requirements.
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN623;TN24
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,本文编号:1923371
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