基于杜克电子储存环的束流内部散射效应的实验研究

发布时间：2020-08-14 10:02

【摘要】：在同步辐射(Synchrotron Radiation,SR)光源中,亮度是一个很重要的参数。对于一个基于电子储存环的同步辐射光源,同步辐射光的亮度主要是由储存环的电子束流发射度决定的。因此,低发射度的储存环是获得高亮度的基于储存环的同步辐射光源的一个必要条件。然而,由于束流内部散射(IBS)效应的存在,电子束流发射度会随着束流流强的增加而增加。因此研究IBS效应对于理解束流发射度的增长规律具有重要意义。对IBS效应的实验研究方法一般是测量电子束流发射度和流强的变化关系。而电子束流发射度常常可以通过测量的电子束团尺寸和Twiss参数计算得到。因此,为了在Duke电子储存环上更准确的研究IBS效应,我们开发了一套具有更高分辨率的横向尺寸测量系统。基于这个测量系统和Duke储存环已有的其他测量诊断系统,我们实验研究了 IBS效应。另外,本论文也介绍了对Bussbar(可用于Duke自由电子激光的Wiggler供电)产生的漏磁场的补偿工作。对于一个有足够大束流横向尺寸的低能电子储存环,由于直接成像测量法具有较低的开发难度和经济的开发成本,因此其是非常适合用于这种类型储存环上对横向束流尺寸进行测量。基于这个方法,我们在Duke电子储存环上开发了一个横向束流尺寸测量系统。经过优化和标定后的系统具有更高的系统性能。通过估算和实验结果得到的系统分辨率为一30微米。初步的测量结果显示,这个系统能够测量不同流强和不同能量下的水平束流尺寸。是对于IBS效应实验研究的一个强有力的工具。对于IBS效应的实验研究已经在很多加速器上进行了,包括KEK实验室的1.5 GeV的电子储存环和康奈尔大学的康奈尔电子储存环。然而,这些工作没有探索束流耦合条件下和大范围能量条件下的IBS效应。由于Duke电子储存环可以运行在多个能量下(从240MeV到1.2GeV能量范围),并且也可以通过Tune Knob系统实现不同的横向耦合强度,这些特点使得Duke储存环可以用于对束流内部散射效应在束流耦合条件下和大范围能量条件下的实验研究。在本论文中,我们主要通过以下几个方面对IBS效应进行实验研究的:(1)测量了在大范围能量下(280 MeV-1.0 GeV)的三维束流尺寸随流强的变化关系;(2)测量了不同耦合条件下的三维束流尺寸;(3)比较了模拟和实验的结果。通过比较发现实验结果与理论模型(Bjorken and Mtingwa模型)有很好的一致性。Duke电子储存环专用于驱动自由电子激光源(FELs)和高亮度的Gamma-ray源(HIGS)。单色高亮度的Gamma束流是通过电子束流和FEL光束康普顿散射产生的。碰撞点处电子束的轨道位置和角度会对Gamma-ray束流的质量产生重要影响。然而,当产生FEL的时候,给Wiggler供电的Bussbar产生的漏磁场会影响电子束流的轨道和角度。因此,我们需要对Bussbar产生的漏磁场进行补偿。由于Duke Wiggler的配置方案有很多种,通用的补偿方案是非常复杂的。在本论文中,我们详细介绍了在其中一个Wiggler配置(使用两个OK-5Wigglers)下对Bussbar场的补偿方案和结果。我们采用SVD的方法对束流轨道矫正从而实现对Bussbar场的补偿,将对束流轨道对扰动降到最低,从而提高Gamma-ray束流的稳定性。
【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】：2018
【分类号】：TL594


本文编号：2792882