HIAF/BRing中横向束流集体不稳定性的理论与模拟研究
发布时间：2023-05-14 00:29
增强器(BRing)是强流重离子加速器装置(HIAF)的主加速器,能够加速从质子到铀的高流强束流(质子2 × 1012 ppp,Kr19+3 × 1011 ppp,U34+ 1 × 1011 ppp)。对阻抗引起的横向束流集体不稳定性的研究是判断BRing能否达到设计流强、能否保证束流品质的重要依据,也是设计阻尼八极铁系统或反馈系统等束流稳定系统所必须的先导工作。但是,相对于对撞机、同步辐射光源、散裂中子源等其他加速器装置,BRing的运行过程较为复杂,需要在质子和重离子模式、多种束流操作下分析至少三种横向束流集体不稳定性的影响。本论文主要研究了在这些复杂条件下计算与模拟所有横向二极束流集体不稳定性的Vlasov模式方法和数值方法,构建了全功能的束流集体不稳定性模拟平台软件(CISP),并将这些方法应用到BRing中质子束流、Kr19+束流和U34+束流共三种参考束流的横向束流集体不稳定性分析中。本论文首先在一般条件下对Vlasov模式方法中质子束流和重离子束流横向束流集体不稳定性的频移进行了研究,重现了使用Vlasov方程分析质子束流和重离子束流横向束流集体不稳定性的一般方法。同时,...
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 HIAF项目简介
1.1.2 论文题目的提出与必要性
1.2 课题研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文创新点
第2章 Vlasov模式方法
2.1 束流横向运动中的波
2.2 横向和纵向运动的独立性
2.3 Sacherer积分方程
2.4 Sacherer积分方程的求解
2.5 色品引入的频谱移动
2.6 朗道阻尼和频散关系
第3章 新数值方法CISP
3.1 CISP简介
3.1.1 数值模型
3.1.2 程序框架
3.2 主要数值模型
3.2.1 束流
3.2.2 传输节
3.2.3 高频
3.2.4 尾场
3.2.5 空间电荷场
3.2.6 非线性元件
3.3 与理论计算进行基准测试
3.4 与同类程序进行基准测试
第4章 BRing横向阻抗模型及其不稳定性
4.1 电阻壁阻抗
4.2 冲击磁铁阻抗
4.3 其他宽带阻抗
4.4 阻抗、尾场模型
4.5 BRing中可能存在的横向束流集体不稳定性
4.5.1 各种横向束流集体不稳定性发生条件
4.5.2 BRing运行过程
4.5.3 可能发生的横向束流集体不稳定性
第5章 横向模耦合不稳定性
5.1 模式耦合
5.2 解析计算
5.3 CISP模拟
5.3.1 频谱移动模拟
5.3.2 束流参数模拟
5.4 加速全过程模拟
5.5 结论
第6章 横向多束团耦合不稳定性
6.1 多束团耦合
6.2 解析计算
6.3 CISP模拟
6.3.1 增长时间模拟
6.3.2 束流参数模拟
6.3.3 横向多束团耦合不稳定性模式模拟
6.4 加速全过程模拟
6.5 结论
第7章 横向漂移束不稳定性
7.1 空间电荷自场计算
7.1.1 场分布计算
7.1.2 非相干工作点分散计算
7.1.3 BRing中的空间电荷效应
7.2 CISP模拟
7.2.1 增长率模拟
7.2.2 束流参数模拟
7.2.3 横向漂移束不稳定性模式模拟
7.3 解析计算
7.4 结论
第8章 横向束流集体不稳定性的抑制
8.1 色品
8.1.1 破坏发生条件
8.1.2 功率谱移动
8.1.3 朗道阻尼
8.1.4 小结
8.2 阻尼八极铁
8.3 反馈系统
8.4 结论
第9章 总结与展望
附录A 求解程序及CISP输入文件
A.1 横向模耦合不稳定性理论求解程序
A.2 稳定状态下横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.3 SPS中横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.4 加速过程中横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.5 稳定状态下横向多束团耦合不稳定性CISP输入文件
A.6 加速过程中横向多束团耦合不稳定性CISP输入文件
A.7 空间电荷效应模拟CISP输入文件
A.8 横向漂移束不稳定性模拟CISP输入文件
A.9 CISP模拟输入文件中的八极铁命令
A.10 CISP模拟输入文件中的拾取电极和冲击电极命令
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
本文编号：3816831
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 HIAF项目简介
1.1.2 论文题目的提出与必要性
1.2 课题研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文创新点
第2章 Vlasov模式方法
2.1 束流横向运动中的波
2.2 横向和纵向运动的独立性
2.3 Sacherer积分方程
2.4 Sacherer积分方程的求解
2.5 色品引入的频谱移动
2.6 朗道阻尼和频散关系
第3章 新数值方法CISP
3.1 CISP简介
3.1.1 数值模型
3.1.2 程序框架
3.2 主要数值模型
3.2.1 束流
3.2.2 传输节
3.2.3 高频
3.2.4 尾场
3.2.5 空间电荷场
3.2.6 非线性元件
3.3 与理论计算进行基准测试
3.4 与同类程序进行基准测试
第4章 BRing横向阻抗模型及其不稳定性
4.1 电阻壁阻抗
4.2 冲击磁铁阻抗
4.3 其他宽带阻抗
4.4 阻抗、尾场模型
4.5 BRing中可能存在的横向束流集体不稳定性
4.5.1 各种横向束流集体不稳定性发生条件
4.5.2 BRing运行过程
4.5.3 可能发生的横向束流集体不稳定性
第5章 横向模耦合不稳定性
5.1 模式耦合
5.2 解析计算
5.3 CISP模拟
5.3.1 频谱移动模拟
5.3.2 束流参数模拟
5.4 加速全过程模拟
5.5 结论
第6章 横向多束团耦合不稳定性
6.1 多束团耦合
6.2 解析计算
6.3 CISP模拟
6.3.1 增长时间模拟
6.3.2 束流参数模拟
6.3.3 横向多束团耦合不稳定性模式模拟
6.4 加速全过程模拟
6.5 结论
第7章 横向漂移束不稳定性
7.1 空间电荷自场计算
7.1.1 场分布计算
7.1.2 非相干工作点分散计算
7.1.3 BRing中的空间电荷效应
7.2 CISP模拟
7.2.1 增长率模拟
7.2.2 束流参数模拟
7.2.3 横向漂移束不稳定性模式模拟
7.3 解析计算
7.4 结论
第8章 横向束流集体不稳定性的抑制
8.1 色品
8.1.1 破坏发生条件
8.1.2 功率谱移动
8.1.3 朗道阻尼
8.1.4 小结
8.2 阻尼八极铁
8.3 反馈系统
8.4 结论
第9章 总结与展望
附录A 求解程序及CISP输入文件
A.1 横向模耦合不稳定性理论求解程序
A.2 稳定状态下横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.3 SPS中横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.4 加速过程中横向模耦合不稳定性CISP输入文件
A.5 稳定状态下横向多束团耦合不稳定性CISP输入文件
A.6 加速过程中横向多束团耦合不稳定性CISP输入文件
A.7 空间电荷效应模拟CISP输入文件
A.8 横向漂移束不稳定性模拟CISP输入文件
A.9 CISP模拟输入文件中的八极铁命令
A.10 CISP模拟输入文件中的拾取电极和冲击电极命令
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
本文编号：3816831
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