基于束流的准直技术研究

发布时间：2020-05-11 14:57

【摘要】：自由电子激光是一种具有高度相干性、高强度、波长连续可调等特点的先进光源，所具有的优异特性使得其可以广泛应用在物理、材料、生命科学等众多领域。为了产生自由电子激光，通常采用直线加速器产生高能电子束团，然后将其送入由周期变化的磁铁阵列组成的波荡器里，通过电子束团与电磁场相互作用产生大量辐射激光，叠加后即形成高度相干性、高强度的自由电子激光。电子束团在加速器中运动时，会受到各种元件误差的影响，当束流没有通过元件磁场中心时，会受到一个横向的二极磁场偏转力，导致束流偏离预先设定的中心轨道，使得束团内部的粒子分布发生变化，影响束团的发射度等参数。同时，束流轨道偏移会使电子束团不能与驱动激光正常的相互作用，会导致增益长度的增加和输出功率的下降。为了确保电子束团在通过加速器时轨道和发射度等参数能够被控制在一定范围之内，我们需要采取各种手段来对束流轨道进行测量和控制。传统的机械准直方法，其精确度一般在毫米到几百微米的量级，这与自由电子激光装置中所要求的百微米甚至几十微米量级的准直要求相差甚远。为了提高准直工作的精确性，从20世纪80年代起逐渐发展起来了一种基于束流的准直技术（BBA），这种技术采用响应矩阵的方法，，可以通过测量束流轨道来计算需要的的校正量。本文结合上海软X射线FEL装置和大连相干光源等装置的具体情况，分别对基于束流的准直技术中的四极磁铁扫描法和二极磁铁校正法等原理和方案进行了研究。消色散校正（DFS）方法做为一种新型的BBA方法，主要特点是可以同时消除四极铁和BPM的误差，在校正束流轨道的同时也消除了误差导致的色散。我们结合国际直线对撞机正电子源波荡器和德国DESY的FLASH装置对该方案进行了理论分析，并给出了FLASH装置上的具体实验结果。对即将建设的上海XFEL及大连DCLS装置具有非常重要的借鉴作用。除此之外，本论文还开展了一种虚拟加速器环境的相关工作，基于该开发环境，我们可以开发各种束流测量软件，并对相关算法进行验证，为加速器调试和运行提供了有力的开发工具，具有广泛的应用前景。
【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】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL501

【参考文献】