自由电子激光装置中束流分配切割磁铁的研究与研制

发布时间：2021-01-05 09:38

　　作为目前最先进的第四代光源,自由电子激光（FEL）具有超短脉冲、超高亮度、空间全相干等更优异的特性,为生命、医药、化学、材料、能源等领域带来了全新的发展机遇,并将促进这些领域的极大发展。未来,自由电子激光将朝着高重复频率、短波长、脉冲可控等方向发展,自由电子激光装置也将实行多波荡器线同时运行,以产生多种模式、多种性能参数的自由电子激光,满足更广泛的用户同时用光的需求。与环形同步辐射光源不同,自由电子激光使用直线加速器来产生高品质的电子束,这就在很大程度上限制了它的用户容量,所以为提高自由电子激光装置的运行效率,必须进行束流分配系统的研究和设计。目前世界范围内大部分的自由电子激光装置都根据各自的装置参数以及实验需求设计了自己独特的束流分配系统。目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）未来也将实行多束线同时运行,也进行了自己的束流分配系统的设计。在束流分配系统的设计中,选择用冲击磁铁（kicker）与切割磁铁（septum）组合的方式,冲击磁铁对电子束进行小角度的垂直偏转,之后再利用切割磁铁对束流进行大角度的水平偏转,实现束流分离,然后束流进入到各条波荡器线。本论文中首先对用于... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 自由电子激光的发展历史以及国内外现状
    1.2 自由电子激光的主要运行模式与发展方向
        1.2.1 低增益自由电子激光
        1.2.2 高增益自由电子激光
    1.3 自由电子激光的应用前景
    1.4 本论文的研究思路与创新点
2 自由电子激光基本理论与自由电子激光装置
    2.1 自由电子激光理论
        2.1.1 电子和电磁波的能量交换
        2.1.2 FEL基本方程
        2.1.3 光场方程与增益
    2.2 自由电子激光装置
        2.2.1 加速器
        2.2.2 波荡器
        2.2.3 束流分配系统
    2.3 SHINE装置中的束流分配系统
        2.3.1 SHINE装置介绍
        2.3.2 SHINE装置的束流分配系统设计
    2.4 本章小结
3 切割磁铁的设计
    3.1 切割磁铁
        3.1.1 切割磁铁的发展与特点
        3.1.2 Lambertson型切割磁铁的发展与现有设计
    3.2 切割磁铁设计中的相关理论
    3.3 SHINE装置束流分配段Lambertson型切割磁铁的设计
        3.3.1 Lambertson磁铁的物理设计
        3.3.2 Lambertson磁铁的模型模拟与优化
            3.3.2.1 Lambertson磁铁的二维模拟
            3.3.2.2 Lambertson磁铁的三维模拟
        3.3.3 Lambertson磁铁的部件加工、安装与磁场测量
    3.4 本章小结
4 Lambertson型切割磁铁中的设计难点的解决新方法研究
    4.1 提高Lambertson型切割磁铁主场区内磁场均匀性的新方法
        4.1.1 模型建立与模拟
        4.1.2 Lambertson磁铁下极头加孔的模型设计与模拟
        4.1.3 两孔间距的模拟验证
        4.1.4 孔深度的模拟验证
        4.1.5 两孔尺寸的模拟验证
    4.2 Lambertson型切割磁铁无场区内漏场降低为零的新方法
        4.2.1 Lambertson型切割磁铁的基础设计
        4.2.2 无场区内添加线圈的模型以及模拟
        4.2.3 对称型Lambertson磁铁
        4.2.4 非对称型Lambertson磁铁
        4.2.5 三维模型验证
    4.3 本章小结
5 总结与展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]上海硬X射线自由电子激光装置正式开工建设[J].   核技术. 2018(05)
[2]自由电子激光[J]. 姜伯承,邓海啸.  科学. 2012(01)
[3]CSR切割磁铁设计[J]. 马力祯,何源,王玥,袁平,韩少斐,原有进,夏佳文.  原子核物理评论. 2002(04)



本文编号：2958439