小周期永磁型错列波荡器研究

发布时间：2020-03-28 23:33

【摘要】：基于加速器的光源(包括同步辐射和自由电子激光)能产生具有优良品质的人造光,在当代科学研究中具有重要和广泛应用,但是基于加速器的光源一般规模庞大、造价昂贵。波荡器是基于加速器光源最重要的设备之一,减小波荡器周期有助于缩减基于加速器光源的规模,已经有大量工作致力于减小波荡器周期,但是波荡器周期在10 mm附近仍具有瓶颈。基于螺线管的波荡器可以将周期降到10 mm,但是其具有超导螺线管,限制了其应用。本论文以永磁磁路来代替超导螺线管产生纵向磁场,提出了一种新的小周期永磁型错列波荡器,这种波荡器将工作在常温条件下,因此制造和应用将大为简化。围绕小周期永磁型错列波荡器,本文开展了下面四项工作。(1)设计了小周期永磁型错列波荡器的磁路,其可分为永磁磁路和软磁磁路,分别得到了永磁磁路和软磁磁路的解析表达式。建立了磁路的磁场计算模型以及多目标遗传算法模型,对小周期永磁型错列波荡器进行了优化计算,并对优化后的磁场分布进行了分析。研究了调节小周期永磁型错列波荡器磁场的方法。(2)搭建了小周期永磁型错列波荡器的验证平台。根据小周期永磁型错列波荡器的测量需求,对已有的磁场点测台进行了改造升级。利用磁场点测台对小周期永磁型错列波荡器的磁场进行了测量。纵向磁场和周期磁场与模拟计算结果虽有差异,但主要原因是验证平台的误差造成的,因此基本验证了优化结果。通过测量周期磁场与磁极间隙关系,也验证了通过磁极间隙调节磁场的方法。(3)确定了磁极纵向移动为小周期永磁型错列波荡器的最佳垫补方法。将多目标遗传算法应用于小周期永磁型错列波荡器垫补量推算,以不同磁极间隙下的电子轨迹偏差和峰峰值误差为目标量,建立了垫补量推算模型,并进行了垫补量推算。经过垫补后,小周期永磁型错列波荡器的磁场品质得到大幅提升。基于温度补偿合金在室温附近饱和磁化强度对温度十分敏感这一特性,提出了永磁型波荡器温度稳定性的被动式补偿机制,并推导得到了补偿条件。分别研究了只考虑温度对永磁材料影响、同时考虑温度对永磁材料影响与温度对磁极间隙影响两种情况下的补偿方法。(4)通过设计一台SASE-XFEL装置并计算其辐射性能,展示了小周期永磁型错列波荡器在缩减SASE-XFEL装置规模上的作用。最后,小周期永磁型错列波荡器相比普通波荡器多了均匀纵向磁场,因此研究了纵向磁场可能带来的影响。
【图文】：

同步辐射光,全球

三代同步辐射光源。第三代同步辐射光源的主要特征是大量使用了入件，并且电子束团的发射度更小、稳定性更好，因此相较第二又至少提高了两个量级。目前，全球第三代同步辐射光源是最多的，、美国ＡＰＳ、日本ＳＰｒｉｎｇ－８、韩国ＰＬＳ、中国台湾ＴＬＳ和中国大步辐射光源。逡逑射极限环。为了进一步提高同步辐射光的亮度，近年基于多偏ｄ邋Ａｃｈｒｏｍａｔ，简称ＭＢＡ）结构的衍射极限环方兴未艾。衍射极限环减小，甚至束团发射度小于或接近波长的１／４７１，同步辐射光亮度规定的极限，整个束团发出的同步辐射光如同点光源发出的单束间相干性。目前这一类光源还在大力建设中，已经建好的只有瑞ＬＳ－ＩＩ，我国正在建设的ＨＥＰＳ也属于这类光源。逡逑步辐射装置的不断发展，同步辐射光在基础科学、应用科学和工广泛的应用［４］：逡逑物学。用于测量蛋白质的分子结构，研究蛋白质的生理活动过程

实验装置,同步辐射光,自由电子激光,辐射光

（４）结构化学。可用于测量原子的配位结构以及大分子之间的化学键等。逡逑（５）医学。用于肿瘤的诊断和治疗。逡逑（６）微纳加工。同步辐射光接近平行光束，用于光刻时其线宽可降至２０邋Ａ，辨率大幅提高。逡逑２自由电子激光逡逑相对论电子束在周期性磁场作用下做扭摆运动，并在其前进方向上产生同步射光又反过去与电子束相互作用，调制电子束形成与辐射光波长尺度一致的聚又使辐射光进一步放大，形成一种正反馈从而产生高亮度电磁辐射，即所激光（Ｆｒｅｅ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋Ｌａｓｅｒ，简称邋ＦＥＬ）［５］。逡逑自由电子激光实质是一种相干同步辐射，因此拥有同步辐射光所有的优良特比同步辐射光其性能更佳，，比如亮度提高了约十个量级，不但具有横向空间有纵向时间相干性，脉冲长度最小可到飞秒甚至埃秒［６］。逡逑
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL50

【参考文献】