电子储存环中残余气体散射的相关研究

发布时间：2020-06-26 20:37

【摘要】：加速器的组成系统中一个重要的环节就是真空系统。束流电子与残余气体分子之间的相互作用可降低束流品质,对于粒子做回旋运动的储存环来说,更是如此,束流的寿命大多受到真空环境的限制。但除此之外,储存环中的残余气体散射还可能改变粒子的分布情况,引起束流发射度的增长。在传统的关于残余气体研究中,最常用的方法是理论解析,但往往仅对束流的残余气体相关寿命进行分析,给出一些理论的推导和公式。近年来,开始有少数或个别研究尝试采用MCC模拟计算束流寿命。遗憾的是,在对以往的残余气体散射相关研究进行调研时并没有发现针对残余气体散射对粒子分布和束流发射度的具体分析。本论文采用PIC-MCC方法,对电子储存环中的残余气体散射进行模拟探究。从另一方面考虑,先进光源相比之前的同步辐射光源,插入元件更多,发射度更低,更容易受到残余气体散射的影响。因此,为了更好突出残余气体散射对束流的影响,我们以国家同步辐射实验室设计中的超低发射度光源——合肥先进光源(Hefei Advanced Light Source,简称HALS)为模拟对象。合肥先进光源(HALS)属于低能衍射极限储存环,其目标发射度达到几十pm-rad量级,如果能够成功实现运行将处于世界先进水平。为了能够模拟到残余气体散射对粒子分布和束流发射度的影响,我们不能像以往的研究只考虑能引起粒子丢失的散射。因此,我们选择了合适的散射截面和散射角抽样方法,这样模拟中我们便包含了所有角度大小的残余气体散射。另外,以往对残余气体库伦散射的理论研究和模拟计算中,只是对发生碰撞的电子在偏转角度上一个‘"kicker"。本论文中,我们推导出了适用于电子储存环中电子与残余气体分子发生库伦散射的碰撞公式,用于计算碰撞后束流电子的动量,真实还原了束流电子气体散射的过程。从对合肥先进光源(HALS)的模拟结果来看,我们不仅得到了非常合乎理论计算寿命的模拟寿命,而且还显示由于残余气体散射的影响粒子在横向的密度分布出现了一条拖尾,以及引发了束流发射度的增长。并通过对发生散射的电子位置进行统计分析,得出了发生散射的电子对寿命、粒子分布拖尾和束流发射度各自做出了多少贡献。本课题由国家自然科学基金项目(11175182,11175180)支持。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL594

【参考文献】