离子束团冷却与脉冲电子束冷却的研究
发布时间：2022-10-22 19:45
随着高能重离子加速器以及电子离子对撞机的发展,束流冷却作为提高机器亮度的重要手段,也在向高能量、新技术的方向发展,其中,利用脉冲电子束团冷却离子束团是将来高能电子冷却技术发展的重要方向。本文基于传统电子冷却的理论模型和中低能冷却实验结果,开发了适用于束团冷却和脉冲电子束冷却研究的模拟程序,并依托兰州重离子储存环HIRFL-CSR,对束团冷却和脉冲电子束冷却进行了实验研究。本文详细阐述了电子冷却中所涉及的束流相空间理论、束流温度、冷却力和加热效应等概念,并建立了相应的数学模型,开发了数值模拟程序。程序通过多粒子跟踪的方法对冷却过程中的束流动力学进行模拟计算,主要包括了横纵向运动、高频电场、冷却、束内散射以及空间电荷效应等作用。程序中各模块以及整体性能得到了CSR一系列冷却实验的校验,得到了理想的结果,同时也利用该程序对本文中的束团冷却实验和脉冲电子束冷却实验进行了模拟研究。HIRFL-CSR束团冷却实验研究了离子束团在高频电场和电子冷却的共同作用下被压缩的过程以及冷却后的束团长度与粒子数和高频电压的关系。通过对实验结果的理论分析,验证了束内散射效应和空间电荷效应在束团冷却过程中的作用,并...
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 概述
1.2 束流冷却
1.3 电子冷却技术的现状与趋势
1.4 论文的提出
1.5 论文的主要内容及创新点
第2章 电子冷却理论
2.1 概述
2.2 束流相空间理论与束流温度
2.3 粒子在相空间中的运动
2.4 电子冷却原理
2.4.1 电子温度
2.4.2 冷却力模型
2.4.3 空心电子束
2.5 束流加热作用
2.5.1 束内散射
2.5.2 残余气体散射
2.6 小结
第3章 电子冷却数值模拟
3.1 概述
3.2 程序简介
3.2.1 模型离子的产生与初始化
3.2.2 离子相空间运动
3.2.3 电子冷却
3.2.4 束内散射
3.2.5 空间电荷效应
3.3 模拟程序初步校验
3.3.1 程序校验
3.3.2 实验校验
3.4 小结
第4章 束团冷却实验
4.1 概述
4.2 实验装置与数据获取
4.3 实验数据分析与结论
4.3.1 束团长度测量
4.3.2 束团冷却过程
4.3.3 束流流强对冷却束团长度的影响
4.3.4 高频电压对冷却束团长度的影响
4.4 束团冷却模拟
4.4.1 冷却过程模拟
4.4.2 模拟与实验对比
4.4.3 束内散射与空间电荷效应的影响分析
4.5 小结
第5章 脉冲电子束冷却实验
5.1 概述
5.2 脉冲电子束的产生
5.3 实验数据分析
5.3.1 实验数据获取
5.3.2 连续束流冷却
5.3.3 离子束团冷却
5.4 脉冲电子冷却模拟分析
5.4.1 脉冲电子束的Barrier电压
5.4.2 连续束冷却模拟
5.4.3 束团冷却模拟
5.4.4 模拟与实验对比
5.5 多脉冲、超短脉冲电子束冷却模拟
5.5.1 多脉冲电子束
5.5.2 超短脉冲电子束
5.6 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]兰州重离子加速器冷却储存环束流累积研究[J]. 原有进,夏佳文,张文志,宋明涛,杨晓东. 原子核物理评论. 2001(01)
[2]HIRFL-CSR主环电子冷却装置调试[J]. 杨晓东,V.V.Parkhomchuk,赵红卫,王志学,BINP Electron Cooler Group. 高能物理与核物理. 2003(08)
[3]HIRFL-CSR主环慢引出设计[J]. 原有进,宋明涛,董金梅,夏佳文. 强激光与粒子束. 2005(02)
[4]兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计[J]. 马力祯,韩少斐,何源,王玥,张军辉,高大庆,袁平,原有进,夏佳文. 强激光与粒子束. 2006(01)
[5]兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统[J]. 王彦瑜,郭玉辉,林飞宇,黄继江,乔卫民,原有进,高大庆. 强激光与粒子束. 2008(08)
[6]Commissioning of electron cooling in CSRe[J]. 杨晓东,冒立军,李国宏,李杰,马晓明,晏太来,原有进,宋明涛,杨建成,刘勇,赵铁成,夏佳文,张玮,高大庆,周忠祖,燕宏斌,毛瑞士,何源,韩少斐,郑建华,杨晓天,赵红卫,肖国青,殷达钰,李朋,贾欢,Parkhomchuk Vasily,Reva Vladimir,Skorobogatov Dmitry. 中国物理C. 2010(07)
[7]Injection method of barrier bucket supported by off-aligned electron cooling for CRing of HIAF[J]. 申国栋,杨建成,夏佳文,冒立军,殷达钰,柴伟平,石健,盛丽娜,A.Smirnov,吴波,赵贺. Chinese Physics C. 2016(08)
本文编号：3696756
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 概述
1.2 束流冷却
1.3 电子冷却技术的现状与趋势
1.4 论文的提出
1.5 论文的主要内容及创新点
第2章 电子冷却理论
2.1 概述
2.2 束流相空间理论与束流温度
2.3 粒子在相空间中的运动
2.4 电子冷却原理
2.4.1 电子温度
2.4.2 冷却力模型
2.4.3 空心电子束
2.5 束流加热作用
2.5.1 束内散射
2.5.2 残余气体散射
2.6 小结
第3章 电子冷却数值模拟
3.1 概述
3.2 程序简介
3.2.1 模型离子的产生与初始化
3.2.2 离子相空间运动
3.2.3 电子冷却
3.2.4 束内散射
3.2.5 空间电荷效应
3.3 模拟程序初步校验
3.3.1 程序校验
3.3.2 实验校验
3.4 小结
第4章 束团冷却实验
4.1 概述
4.2 实验装置与数据获取
4.3 实验数据分析与结论
4.3.1 束团长度测量
4.3.2 束团冷却过程
4.3.3 束流流强对冷却束团长度的影响
4.3.4 高频电压对冷却束团长度的影响
4.4 束团冷却模拟
4.4.1 冷却过程模拟
4.4.2 模拟与实验对比
4.4.3 束内散射与空间电荷效应的影响分析
4.5 小结
第5章 脉冲电子束冷却实验
5.1 概述
5.2 脉冲电子束的产生
5.3 实验数据分析
5.3.1 实验数据获取
5.3.2 连续束流冷却
5.3.3 离子束团冷却
5.4 脉冲电子冷却模拟分析
5.4.1 脉冲电子束的Barrier电压
5.4.2 连续束冷却模拟
5.4.3 束团冷却模拟
5.4.4 模拟与实验对比
5.5 多脉冲、超短脉冲电子束冷却模拟
5.5.1 多脉冲电子束
5.5.2 超短脉冲电子束
5.6 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]兰州重离子加速器冷却储存环束流累积研究[J]. 原有进,夏佳文,张文志,宋明涛,杨晓东. 原子核物理评论. 2001(01)
[2]HIRFL-CSR主环电子冷却装置调试[J]. 杨晓东,V.V.Parkhomchuk,赵红卫,王志学,BINP Electron Cooler Group. 高能物理与核物理. 2003(08)
[3]HIRFL-CSR主环慢引出设计[J]. 原有进,宋明涛,董金梅,夏佳文. 强激光与粒子束. 2005(02)
[4]兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计[J]. 马力祯,韩少斐,何源,王玥,张军辉,高大庆,袁平,原有进,夏佳文. 强激光与粒子束. 2006(01)
[5]兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统[J]. 王彦瑜,郭玉辉,林飞宇,黄继江,乔卫民,原有进,高大庆. 强激光与粒子束. 2008(08)
[6]Commissioning of electron cooling in CSRe[J]. 杨晓东,冒立军,李国宏,李杰,马晓明,晏太来,原有进,宋明涛,杨建成,刘勇,赵铁成,夏佳文,张玮,高大庆,周忠祖,燕宏斌,毛瑞士,何源,韩少斐,郑建华,杨晓天,赵红卫,肖国青,殷达钰,李朋,贾欢,Parkhomchuk Vasily,Reva Vladimir,Skorobogatov Dmitry. 中国物理C. 2010(07)
[7]Injection method of barrier bucket supported by off-aligned electron cooling for CRing of HIAF[J]. 申国栋,杨建成,夏佳文,冒立军,殷达钰,柴伟平,石健,盛丽娜,A.Smirnov,吴波,赵贺. Chinese Physics C. 2016(08)
本文编号：3696756
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3696756.html
