强流重离子加速器HIAF/BRing纵向束流集体效应的理论与模拟研究
发布时间：2021-11-23 08:09
增强器（BRing）是强流重离子加速器装置HIAF的核心部分,需要提供高流强束流,例如1×1011ppp的238U35+、3×1011ppp的78Kr19+和6×1012ppp的质子,纵向束流集体效应可以导致束流品质变差甚至导致束流损失,因此是HIAF设计阶段必不可少的研究课题。为了在较小空间上提供较高高频电压,同时覆盖重离子束流加速过程中的频率变化范围,BRing采用了具有低值的磁合金加载腔。磁合金加载腔的纵向阻抗是BRing中纵向阻抗的主要来源,引起的瞬态束流负载效应和漂移束不稳定性是影响BRing束流品质的重要因素。与国内外其他质子和重离子加速器相比,BRing的束流种类多样,包含从质子到铀的所有重离子束;束流状态复杂,包含单束团、多束团和漂移束等;束团操作复杂,包括俘获、加速、散束、合束和纵向压缩等。本文主要研究了在上述复杂束流情况下的纵向束流集体效应的影响,包含束流负载效应、漂移束不稳定性和纵向空间电荷效应。结合自主开发的纵向粒子跟踪程序LPTC,对纵向束流集体效应的...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
HIAF装置布局图
第2章阻抗模型及纵向束流动力学图2.1RLC阻抗模型及三种典型束流的1～6次谐波对应的扫频范围。Figure2.1RLCimpedancemodelandthefrequencysweepsof1～6harmonicsofthreetypicalbeams.2.2纵向束流动力学纵向束流动力学是研究纵向束流集体效应的基矗粒子在环中运动时，通过多种机制得到或损失能量，例如高频系统提供的电尝束流产生的尾场以及同步辐射等。本论文主要研究质子和重离子束流，在BRing设计的束流能量下同步辐射的影响很小因而可以忽略。本节首先介绍束流在高频电场作用下的纵向运动，包含相关的运动方程和常用重要变量的推导。之后添加束流集体效应的作用，研究其对束流运动、相空间分布等带来的影响。2.2.1无集体效应时的纵向运动2.2.1.1纵向运动方程与高频系统的同步相位保持同步的粒子称为同步粒子，以下标标示，同步粒子具有回旋周期，回旋角频率，动量，单核子动能4，单核子静止能量0=931.49432MeV。同步粒子能量的增长速度(考察单个回旋周期)为：=02sin(2.5)4论文中动能、静止能量和总能量等均指平均单核子能量，单位为MeV/nucleon，简写为MeV/u。9
强流重离子加速器HIAF/BRing纵向束流集体效应的理论与模拟研究纵向工作点，即单个回旋周期内的纵向振荡的次数为==√|0cos|22(2.25)图2.2转变能之下同步相位分别为/6和/3时的势阱。Figure2.2Potentialwellwithsynchronousphaseof/6and/3belowtransitionenergy.2.2.1.2纵向运动的哈密顿量哈密顿力学是描述束流在相空间运动的重要工具。式2.18对应的一个哈密顿量为=12022(Δ)2+2[coscos+()sin](2.26)式2.21对应的一个哈密顿量为=1202+22[coscos+()sin](2.27)式2.26、2.27右侧第一项可以看作是“动能”项，第二项可以看作是“势能”项。在加速足够缓慢的情况下，哈密顿量可以看作是静态的，同步运动满足以下条件：=|12|=12||1(2.28)12
【参考文献】：
期刊论文
[1]HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟[J]. 蔡付成,杨建成,夏佳文,殷达钰,刘杰,申国栋,王耿,阮爽,姚丽萍,陈孝强. 原子核物理评论. 2020(02)
[2]Two-plane painting injection scheme for BRing of HIAF[J]. Guo-Feng Qu,Wei-Ping Chai,Jia-Wen Xia,Jian-Cheng Yang,Heng Du,Zhong-Shan Li,Wen-Wen Ge,Wen-Heng Zheng,Peng Shang. Nuclear Science and Techniques. 2017(08)
[3]Study of the beam loading effect in the CSNS/RCS[J]. 苑尧硕,李开玮,王娜,入江吉郎,王生. Chinese Physics C. 2015(04)
[4]中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿[J]. 李晓,孙虹. 强激光与粒子束. 2013(10)
博士论文
[1]HLS储存环束流负载效应和高频系统相关问题的研究[D]. 黄贵荣.中国科学技术大学 2007
本文编号：3513472
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
HIAF装置布局图
第2章阻抗模型及纵向束流动力学图2.1RLC阻抗模型及三种典型束流的1～6次谐波对应的扫频范围。Figure2.1RLCimpedancemodelandthefrequencysweepsof1～6harmonicsofthreetypicalbeams.2.2纵向束流动力学纵向束流动力学是研究纵向束流集体效应的基矗粒子在环中运动时，通过多种机制得到或损失能量，例如高频系统提供的电尝束流产生的尾场以及同步辐射等。本论文主要研究质子和重离子束流，在BRing设计的束流能量下同步辐射的影响很小因而可以忽略。本节首先介绍束流在高频电场作用下的纵向运动，包含相关的运动方程和常用重要变量的推导。之后添加束流集体效应的作用，研究其对束流运动、相空间分布等带来的影响。2.2.1无集体效应时的纵向运动2.2.1.1纵向运动方程与高频系统的同步相位保持同步的粒子称为同步粒子，以下标标示，同步粒子具有回旋周期，回旋角频率，动量，单核子动能4，单核子静止能量0=931.49432MeV。同步粒子能量的增长速度(考察单个回旋周期)为：=02sin(2.5)4论文中动能、静止能量和总能量等均指平均单核子能量，单位为MeV/nucleon，简写为MeV/u。9
强流重离子加速器HIAF/BRing纵向束流集体效应的理论与模拟研究纵向工作点，即单个回旋周期内的纵向振荡的次数为==√|0cos|22(2.25)图2.2转变能之下同步相位分别为/6和/3时的势阱。Figure2.2Potentialwellwithsynchronousphaseof/6and/3belowtransitionenergy.2.2.1.2纵向运动的哈密顿量哈密顿力学是描述束流在相空间运动的重要工具。式2.18对应的一个哈密顿量为=12022(Δ)2+2[coscos+()sin](2.26)式2.21对应的一个哈密顿量为=1202+22[coscos+()sin](2.27)式2.26、2.27右侧第一项可以看作是“动能”项，第二项可以看作是“势能”项。在加速足够缓慢的情况下，哈密顿量可以看作是静态的，同步运动满足以下条件：=|12|=12||1(2.28)12
【参考文献】：
期刊论文
[1]HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟[J]. 蔡付成,杨建成,夏佳文,殷达钰,刘杰,申国栋,王耿,阮爽,姚丽萍,陈孝强. 原子核物理评论. 2020(02)
[2]Two-plane painting injection scheme for BRing of HIAF[J]. Guo-Feng Qu,Wei-Ping Chai,Jia-Wen Xia,Jian-Cheng Yang,Heng Du,Zhong-Shan Li,Wen-Wen Ge,Wen-Heng Zheng,Peng Shang. Nuclear Science and Techniques. 2017(08)
[3]Study of the beam loading effect in the CSNS/RCS[J]. 苑尧硕,李开玮,王娜,入江吉郎,王生. Chinese Physics C. 2015(04)
[4]中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿[J]. 李晓,孙虹. 强激光与粒子束. 2013(10)
博士论文
[1]HLS储存环束流负载效应和高频系统相关问题的研究[D]. 黄贵荣.中国科学技术大学 2007
本文编号：3513472
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3513472.html
