以离子数比为控制变量的束晕控制与拓宽真空相移取值范围的研究

论文摘要

本文在综述强流离子直线加速器中束晕-混沌的形成机制和控制方法概况,并对束晕-混沌复杂理论研究存在的问题和发展动向做了简要总结与展望的基础上,主要做了以下两方面的工作. 一方面,研究了以离子数比为控制变量的束晕-混沌控制问题.强流加速器中束晕-混沌现象的控制是强流加速器应用中须解决的关键问题之一.自从文献[1]提出非线性反馈控制的策略以来,人们已陆续提出了多种具体的非线性反馈控制方法.其中多数方法均能获得较好的模拟控制效果,因而使人们看到了用这种方法实现束晕-混沌控制的希望.不过在以上这些模拟控制中,所用的控制变量一般为离子束的最大半径rmax、均方根半径rrms或者包络半径rb等.其中,以均方根半径rrmx或包络半径rb作为控制变量的小波函数反馈控制、延迟反馈控制、自适应控制等效果较好（有关评价参考文献[2-5]）,不过要推求rrms、rb必须每周期多次探测全部离子的位置,这在实验上不可能实现.为了克服这一困难,本文尝试改用离子束匹配半径am外的离子数Na与总离子数N 之比λ（ λ=Na/N,简称离子数比）作为控制变量来构造控制器,借助多粒子数值模拟程序（PIC）来进行模拟控制研究.本文之所以选λ作为控制变量,主要是考虑到以λ作为控制变量,只须探测越过匹配半径的离子数目,不必涉及匹配半径内的离子,也不须探测单个离子具体的空间位置,这在实验上有实现的可能,因此以λ作为控制变量来构造束晕-混沌的控制函数使得非线性反馈控制向实验更加靠近.

论文目录

• 引言
• 第一章 强流离子直线加速器中束晕-混沌的形成与控制方法概况
• 1.1 强流离子直线加速器的发展简况
• 1.2 束晕-混沌形成的典型机制
• 1.2.1 电荷密度的非静态分布
• 1.2.2 空间电荷效应引起非线性共振
• 1.2.3 初始束流均方根半径失匹配
• 1.2.4 周期性聚焦
• 1.2.5 束晕-混沌形成机制小结
• 1.3 束晕-混沌的非线性控制策略
• 1.3.1 粒子-束核模型
• 1.3.2 束晕-混沌可控性的定性理论分析
• 1.3.3 多粒子数值模拟
• 1.3.4 几种典型的非线性控制束晕-混沌的方法
• 1.4 束晕-混沌复杂理论研究存在的问题和发展动向
• 第二章 以离子数比为控制变量的束晕-混沌模拟控制研究
• 2.1 离子束系统有关物理量的含义及其表示方法
• 2.2 以离子数比为控制变量对K-V 初始分布离子束的束晕-混沌控制研究之一——正弦函数反馈法
• 2.2.1 三种控制方法的控制效果比较
• 2.2.2 几种失匹配条件下的控制效果
• 2.3 对数函数反馈法的束晕-混沌控制研究
• 2.3.1 对数函数反馈控制下束流状态的变化
• 2.3.2 对数函数反馈控制与其它非线性反馈控制效果比较
• 2.4 小结
• 第三章 拓宽真空相移的取值范围的研究
• 3.1 束流强度与真空相移关系的表述式
• 3.2 以K-V 初始分布为例的拓宽真空相移取值范围的模拟研究
• 3.2.1 真空相移的改变对对数函数控制下的束流影响
• 3.2.2 真空相移的改变对小波函数控制下的束流影响
• 3.3 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况