束团横向相空间重建技术研究

发布时间：2020-11-19 17:05

　　 自由电子激光(FEL)具有高度相干性、高亮度、波长连续可调等优点,这使得自由电子激光在生命科学、材料、化学、物理等诸多学科领域有着非常重要的应用。上海软X射线自由电子激光装置作为我国第一台X射线自由电子激光装置,对束流品质提出了很高的要求。束团相空间是描述束流运行状态的重要物理量,了解束团相空间的真实分布对于加速器的设计、束团调控具有非常重要的意义。相空间重建技术能够直观地得到束团二维相空间分布。本论文结合SXFEL装置的结构特点,在理论推导和计算机模拟的基础上,对上海软X射线自由电子激光装置进行束团横向相空间重建技术的研究。目前国际上对于束团横向相空间重建的研究主要基于计算机断层扫描(Computer Tomography)技术,这项技术是一种利用物体的投影重建目标二维图像的方法。国际上主流的算法主要有三种:最大熵(MENT)算法,代数重建(ART)算法和滤波反投影(FBP)算法。本文在理论上对计算机断层扫描技术和束团相空间重建原理作了深入细致的研究。通过对MENT算法和FBP算法的研究,利用计算机模拟精确重建出原始图像。通过对归一化相空间理论的研究,解决了MENT算法对投影角度选择比较敏感以及利用单块四极磁铁扫描旋转角度范围有限的问题,该理论对相空间重建技术精确重建SXFEL装置束团相空间起到了至关重要的作用。本文根据SXFEL装置的特点,利用MENT算法和FBP算法重建出SXFEL装置的束团归一化相空间并通过坐标转换得到真实相空间分布,并对重建结果进行对比和误差分析,取得了良好的效果。实验结果表明,MENT算法能够精确重建电子束团二维横向相空间分布。为更加详细的了解束团相空间的分布,本文利用相空间重建技术结合横向偏转腔,利用计算机模拟重建SXFEL装置束团的切片相空间分布,对各切片的相空间进行重建,取得了理想的效果。该方法能够精确重建各切片横向相空间,对于了解束团内部精细结构,具有非常重要的意义。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL50
【部分图文】：

装置及采用的方案主要有：ESY 装置、加拿大的 TRIUMF 装置，最大熵算法（Maxim MENT）[45-47]。学，代数重建算法（Algebraic Reconstruction Technique,简ALICE 装置、美国 UMER 装置，反投影重建算法（ FBP）[50-52]。LICE 装置浦大学的 K.M.Hock 和 M.G.Ibison 等对束团相空间重做了比较深入的研究[53-55]。提出归一化相空间重建rators and Lasers In Combined Experiments)装置上进行了重建段如图 1-1 所示。

图 1-2（a）FBP 算法重建结果 （b）MENT 算法重建结果德国 DESY 的装置 DESY 的 PITZ（Photo InjectorTestfacilityatZeuthem）装置相空间1-3 所示，用 3 个 FODO 结构和相邻的四个观测靶进行相空间重建，F用四极磁铁来对 FODO 结构进行匹配使得观测靶之间的 Phase ad，利用 MENT 算法进行相空间重建[56,57]。图 1-4 为模拟重建相空间分发射度为x =1.17mm·mrad（图 1-4a），重建结果为x =1.21mm·mradx =1.19mm·mrad（图 1-4c）。

重建结果为x =1.21mm·mrad（图1-4b），x =1.19mm·mrad（图 1-4c）。图 1-3 PITZ 装置 Tomography section
【参考文献】

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1 许珊珊;叶恺容;陈永忠;;SSRF直线加速器束流发射度测量[J];核技术;2008年03期

2 杜应超;向导;黄文会;何小中;程诚;杜泰斌;唐传祥;林郁正;;基于CT算法的束团横向相空间测量[J];高能物理与核物理;2006年09期

3 王书鸿,叶强,曹建社,马力,刘玉成,乐琪,裴国玺,张嘉菲;多次改变聚焦强度法测量束流发射度[J];高能物理与核物理;2002年11期

4 施义晋;束流四维横向相空间密度函数的测量原理[J];强激光与粒子束;2000年02期

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1 向导;高亮度电子束发射度、束长和束斑的先进测量方法研究[D];清华大学;2008年

本文编号：2890236