导读:本文包含了实验储存环论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:Ultralow,emittance,Storage,ring,Lattice,design,Numerical,opti-mization
实验储存环论文文献综述
张通[1]（2019）在《储存环光源实现超低束流发射度的相关理论与实验研究》一文中研究指出超低发束流发射度是储存环光源的主要发展方向,因为这种光源能够提供给同步辐射(SR)用户极高亮度的光束。本论文主要研究了储存环光源超低发射度的实现,包括两部分:超低发射度lattice设计和圆束团模式。充分了解理论最低发射度lattice单元的二极场和四极场的分布将有助于超低发射度储存环设计和提高机器的性价比。另外,当储存环的自然发射度接近衍射极限时,圆束团模式对于SR用户和储存环高效运行都是有利的。运用这种模式,不仅可以进一步提高光源的亮度而且可以减轻机器内一些不好的效应如束内散射IBS还有Touschek损失。超低发射度lattice设计储存环内的束流发射度主要由具有二极场和四极场的磁铁组成的磁铁lattice决定。因此,这直接产生一个问题:lattice单元内什么样的二极场和四极场分布可以实现最低的束流发射度?为了回答这个问题,我们使用了粒子群智能算法对归一化lattice单元内的二极场和四极场分布进行了优化。首先,我们采用了插入件辐射的亮度为优化目标,并使用离散的二极场和四极场分布作为优化控制变量。在以亮度为目标时,四极场最大强度Kmax是优化中的主要约束。当Kmax相对较小时,纵向梯度弯铁(LGBM)和反向弯铁(ABM)同时出现在优化的lattice单元中,并且在lattice单元中四极场很自然的分成了聚焦四极铁和散焦四极铁(并没有杂乱无章的分布)。当Kmax增加时,该lattice单元倾向于分裂成两个具有母代特征的两个lattice单元。我们进一步以自然发射度为目标优化了FODO单元中的二极场分布。优化后lattice单元中再次出现了具有LGBM和ABM。储存环设计中,LGBM和ABM在将束流发射度降低至超低发射度(衍射极限发射度)方面具有出色的表现。然而,低发射度储存环lattice往往伴随着较差的非线性性能。因此我们从自然色品,动量紧缩因子,相移方面对具有LGBM和ABM的超低发射度储存环进行了分析。结果表明,良好的线性lattice设计是具有良好的非线性性能的第一步。此外,文中给出了一个LGBM和ABM组成的9BA lattice设计,而且这个lattice设计具有新的相位相消方案。初步的非线性优化表明这个9BA lattice具有不错的非线性动力学性能。圆束团模式圆束团(full coupling)意味着储存环中束团的水平发射度和垂直发射度相等。衍射极限储存环设计中常常会假定储存环具有这种模式的运行能力。在所有产生圆束团的方法中,因为线性耦合共振简单易行并且对加速器硬件没有特殊要求,所以它是最有潜力的方法。为了全面的了解这个方法,我们在SPEAR3储存环上做了相关的圆束团实验。结果表明,通过精细的储存束流工作点和储存环耦合系数的控制,基于此种方法的圆束团可以产生。此外,我们在进行圆束团实验时对SPEAR3储存环的注入效率和动力学孔径进行了测量。当储存环的耦合系数降低到很小时,我们发现当储存束流的工作点在耦合共振上时储存环的注入效率和动力学孔径依然很好,但当储存束流的工作点偏离共振线时注入效率和动力孔径反而会差。我们对这个现象进行了仿真解释。仿真结果表明这是由于大的横向震荡导致的注入束团的工作点偏离造成的。第一部分绪论电子储存环是一种环形加速器,在其中高品质脉冲电子束团能够长期保存。电子束团在储存环中运动经过二极铁,扭摆器,波荡器时会产生同步辐射光。同步辐射光具有很多优异品质如宽波段,高通量,高亮度,高极化,脉冲时间结构。因为这些优异品质,同步辐射光在科学领域如生命科学,材料科学,能源科学,环境科学,物理化学,医疗方面等有很广泛的应用。自20世纪60年代开始储存环光源已经经历了叁代的发展。第叁代光源因为采用低发射度储存环设计和插入元件的使用具有很高的亮度,是当前同步辐射光源主力。储存环光源技术依然在发展,在向着第四代“衍射极限储存环DLSR光源”过渡。2016年,瑞典MAX-IV的成功运行标志着“衍射极限储存环DLSR光源”的时代即将来临。DLSR光源中,因为电子束团的发射度与插入元件产生的光束团衍射极限发射度具有可比性,所以具有极高的亮度和横向相干度,这在前沿科学领域是十分需要的。然而衍射极限储存环光源无论在物理设计上还有技术上都存在诸多限制。物理设计难点主要有超低发射度储存环lattice设计,非线性lattice优化等。技术层面的困难主要有高强度磁铁技术,小孔径真空盒技术等。为了建造衍射极限储存环,机器的最终性能和造价上必须取得比较好的平衡。好的物理设计可以缓解技术层面的压力,进而降低造价。低发射度储存环lattice设计一直以来是储存环光源设计的热点,它的革新和进步伴随着同步辐射光源亮度的提升。如double-bend-achromat(DBA)和triple-bend-achromat(TBA)造就了叁代光源的成功。储存环中电子束团发射度主要由磁铁lattice和束团能量决定,如式εn=F/1215Cqγv3/Jx。因此撇开束团能量,有叁种方法可以降低束团发射度:1.增加lattice单元数目;2.增大水平方向辐射分配数Jx;3.降低因子F。增加lattice单元数目,可以降低每块弯铁内的偏转角θc,这样可以限制弯铁内的色散函数增长,从而降低发射度。使用组合型二四极磁铁可以提高Jx,并且可以节省空间,这在以往的lattice设计中已经有广泛的应用。传统上,FTME的最小值为1,然而在lattice实际设计时F>3,如能进一步降低FTME将会进一步降低束流发射度,同时也意味着空间的节省。为了降低F,LGBM和ABM被应用到lattice设计中如ESRF-EBS,APS-U,SLS-2的设计。组合型磁铁,LGBM,ABM在lattice设计中的应用引起我们对lattice单元中什么样的二极场和四极场分布能够得到最低发射度的兴趣。超低发射度储存环的圆束团模式近年来一直是个热点问题。尽管叁代光源中,为了提高光源亮度,会将束团的横向耦合系数κ=εx/εy会矫正到很小κ～0.1-1%。但当电子束团发射度很小并且接近光束的衍射极限发射度时,继续维持很小的κ并不会提高亮度反而还会影响到储存环的稳定运行。为了实现圆束团模式,近年来有四种方案被提出:相空间适配器,径向场阻尼扭摆器,莫比乌斯储存环,线性耦合差共振。这四种方案在实现圆束团模式上各有特点各有难度。其中线性耦合差共振是比较流行的方案,它对加速器的硬件方面没有特别要求,仅需要使储存束团的工作点接近线性差共振即可。本文基于线性差共振的方案,在SPEAR3储存环上进行了圆束团模式的实验,并对圆束模式的相关非线性行为进行了测量。第二部分超低发射度储存环lattice设计这部分主要分为叁个方面:1.储存环设计中常用laittce单元的讨论;2.低发射度储存环lattice单元的数值优化;3.基于LGBM和ABM的lattice设计实例。常用lattice单元在这个部分中,我们讨论了FODO单元,DBA单元,TBA单元的一些基本特性,回顾了它们在储存环设计中的应用,另外还着重讨论了TME单元在两种条件下的最小发射度问题。对这些常用lattice单元的讨论有助于更好的lattice设计。MBA是当前超低发射度储存环的主流,因此在文中讨论了MBA发展的历史。MBA lattice虽然能够大幅度降低束流发射度,但它往往也伴随着比较差的非线性动力学性能,因此在本文我们总结了当前比较好的非线性优化方案:1.Hybrid-MBA;2.LS-MBA;3.IDB-MBA。LGBM和ABM如今已经广泛的使用于超低发射度储存环lattice设计中,其中以SLS-2的设计最具有代表性,因此在文中对SLS-2进行了简要介绍。低发射度储存环lattice单元的数值优化在这个部分中,我们采用了一般的方法对lattice单元进行了数值优化。在数值优化中,束团发射度和光束团亮度分别作为优化目标。并且为了使优化的结果具有普遍的意义,我们使用了归一化的思想,即将Twiss函数和色散函数对lattice单元对lattice单元的长度归一化。在此基础上,我们对归一化后的lattice单元进行了长度分片,每个分片上都有二极场和四极场。每个分片上的二极场和四极场均是优化过程中的控制变量。为了使lattice单元的总偏转角在优化过程中保持不变,我们引入了一组标准正交基,这组基能很方便地实现这个要求。四极场作为控制变量,只需要在优化过程中小于某个限制即可。同时,在这个数值优化过程中,四极场的最大强度Kmax是个很重要的限制,这在以往此类数值优化中是没有过的。我们首先以亮度为优化目标。在计算亮度时,我们降低波荡器的长度为L=2.5 m,电子束团的能量为2 GeV,我们感兴趣的光子能量为10 keV。1.束团的耦合系数κ=εy/εx对优化结果的影响。我们比较了κ=0,0.1,0.5,1.0时的结果,结果表明κ=0和κ>0的优化结果在束团发射度,水平方向辐射分配数,两个方向的相移上是不同的。κ>0时,优化结果基本相同。2.Kmax对优化结果的影响。我们比较了Kmax=13,30,52,208四种情况下的结果。当Kmax=13时,在优化结果中出现了LGBM和ABM,并且四极场自动组合成聚焦磁铁和散焦磁铁。并且此时四极场的强度均已达到设定的最大值,这说明继续提高Kmax会有新的结果。当Kmax=30时,Kmax=13时得到的优化结果开始出现分裂趋势。当Kmax=52=13 ×4时,Kmax=13的优化结果完全分裂成两个具有相似特征的二极场和四极场。当Kmax=208=13 ×16时,Kmax=13的优化结果有分裂成多个具有相似特征的二极场和四极场的趋势,但由于优化过程中分片数不足未能实现完全分裂。这个分裂过程表明Kmax=13的优化结果可以作为高亮度lattice单元的参考。当Kmax提高,lattice单元的分裂行为与MBA的概念是相符的。3.Lattice单元从一个分裂成两个。在这个过程中,我们简化了对四极场的控制。最高四极场强度Kmax由23逐步增加到153,每个步长为5。Kmax=23得到的优化结果在Kmax=93时得到完全分裂。分裂行为不仅表现在二极场的分裂,也伴随着四极场的分裂与组合,还有发射度的突然减小和横向相移的激增。在分裂前从Kmax=23到Kmax=88,并没有明显的发射度和相移的变化。在分裂后从Kmax=93到Kmax=163,只有垂直方向相移在慢慢变大,发射度和水平相移均没有明显的变化。以发射度为优化目标。在以发射度为优化目标时,我们进一步简化四极场分布为FODO结构。二极场和四极场并不再相交,二极场分布在四极场薄片之间。1.二极场分片数对优化结果的影响。我们比较了分片数N=2,4,8,16,32,64情况下的优化结果。由于对称性,N=2即是均匀的二极场分布。当N=4时,优化结果中即出现纵向梯度二极场和反向二极场。随着N的增大,形状因子F在减小,.水平方向的相移不断靠近180。。当N=16时,即出现F=0.59<1。2.最强四极场强度Kmax对优化结果的影响。优化过程中,最高四极场强度Kmax由340逐步增加到1340。结果发现,随着Kmax的不断提高,因子F在不断减小,水平方向的相移在不断增大。在Kmax由800变为850的过程中,出现了反向二极场,因此二极场的分布发生了剧烈的变化。然而在二极场发生剧烈的过程中,因子F并没有发生太大的变化,这是由于辐射积分项I2和I5在这个过程中都有不同程度的增长。基于LGBM和ABM的lattice设计Lattice设计中,LGBM和ABM在降低发射度方面效果显着。然而,在实际的lattice设计中还要考虑到其它参量如动量紧缩因子,自然色品等。因此我们从动量紧缩因子,自然色品,横向相移叁个方面对使用LGBM和ABM的TME单元进行了分析。我们设置了不同的二极铁偏转角度和纵向梯度二极铁的梯度。不同的设置下,我们在合理的区间对四极铁的强度进行精细扫描。结果表明通过选择合理的反向二极铁偏转角和纵向梯度二极铁的梯度,动量紧缩因子和发射度方面可以取得良好的平衡,另一方面合理地选择横向相移,自然色品可以控制在合理的范围内。另外,我们使用LGBM和ABM设计了一个9BA。整个lattice具有20个周期,总长528 m,自然发射度为24 pm,束流能量为3 GeV。由于lattice中采用了反向弯铁,整个lattice的辐射量较大,这使其纵向的阻尼时间仅有5.9 ms。在这个例子中,每个lattice单元的相移被控制在(3/7,1/7)× 2π,整个9BA lattice的相移控制在(4.2112,1.4612)×2π附近。这种相移设置可以对非线性实现不错的相位相消。初步的非线性优化也表明,这个9BA lattice具有不错的在能动力学孔径(300σ)和偏能动力学孔径。第叁部分圆束团模式储存环中,当电子束团的发射度接近衍射极限时,圆束团模式无论对进一步降低发射度提高亮度,还是储存环的高效运行都是一个必要选择。本部分首先讨论储存环圆束团模式方案,然后讨论了关于我们在SPEAR3储存环上的圆束团实验。储存环圆束团模式方案近年来储存环上的圆束团方案主要有:相空间适配器方案;径向阻尼扭摆器方案;莫比乌斯储存环方案;线性耦合共振方案。1.相空间适配器方案。这种方案基本配置为(扁平到圆束团适配器)-(置于螺线圈中的波荡器)-(圆到扁平束团适配器)。这种方案的一大亮点是能够在局域产生圆束团,储存环其它部分依然能够是扁平束团。理论上这种方案可以具有极好的性能,圆模式时横向发射度εx=εY=(?),式εx,εy是扁平束的横向发射度。然而这个装置的结构复杂,对储存环也有特殊要求,技术上也比较难以实现。目前,在SOLEI和MAX-IV的实验中,该方法得到初步的证明,然而由于螺线圈强度的限制,目前束团的水平方向尺寸只缩减到以前的叁分之一。2.径向阻尼扭摆器方案。这种方案通过引入垂直色散能够激发出垂直方向的发射度,并且还会增大辐射阻尼。增大辐射阻尼有很多好处,这对抑制不稳定性,减弱optics对储存环运行时的敏感度等方面有帮助,并且还会减小水平方向的发射度。我们以HALS的参数为例,对该方案进行了初步分析。结果表明当径向阻尼扭摆器的长度为18 m,峰值场强1.5 T,周期长度为200 mm时,即可实现εy=εy=18 pm的圆束团,并且横向和纵向的阻尼时间也都得到了有效降低。3.莫比乌斯储存环。莫比乌斯储存环通过莫比乌斯插入件使水平方向和垂直方向的运动完全耦合在一起。莫比乌斯插入件由具有特殊相移关系的斜四极铁组成。在莫比乌斯储存环中,由于横向的完全耦合,两圈的束流运动才是一个完整周期。在这个完全周期运动中,束团的一半运动时间在水平方向上,一半运动在垂直方向上,所以自然发射度完全平等的分配到两个方向上。由于这种特殊的运动,使非线性上也具有了不一样的特征。我们分析了莫比乌斯储存环在六极铁参与下的束流运动,结果发现该储存环一圈的相移接近在υx=υy=1/3时束流是能够稳定运行的,但当储存环的相移接近υx=υy=1/6,束流不能够稳定运行。4.线性耦合共振方案。使用线性耦合共振的方案产生圆束团没有特别的硬件需要,只需将储存束流的工作点置于线性差共振上即可。线性耦合共振分为两种,其一是线性差共振,另外一种是线性和共振。我们对束流工作点接近线性耦合共振线的束流动力进行了详细推导,并对两种线性耦合共振进行了相关数值模拟。结果都表明,当束流的工作点接近线性差共振时(υx-υy=l)束流是能够稳定运行的,但线性和共振(υx+υy=l)会导致束流的崩溃。线性差共振产生圆束团实验和偏轴注入当储存束流的工作点接近线性差共振线时,束团的横向耦合κ与束团的横向工作点之差△=υx-υy和储存环的耦合系数G有关,如公式κ=εx/εy=G2/△2+G2。在日常运行时,SPEAR3储存环采用13块斜四极铁对储存环的耦合系数G矫正从而达到矫正束流耦合系数κ的目的。实验中,我们采用对13块斜四极铁的供电方式来改变这些耦合系数,分别为100%供电,70%供电,0%供电。当工作点在(14.106,6.177)时,这叁种情况对应的束团耦合系数分别为0.07%,0.13%和0.95%。然后在不同的斜四极铁供电的情况下,同时增大υx和减小υy来改变束流的耦合系数κ。我们通过LOCO来获取的全环参数来计算耦合系数κ。随着工作点的改变,叁种情况下都观察到了耦合系数κ从小变大,再由大变小的过程。其中,0%和70%斜四极铁供电时,均得到了很高的耦合系数κ。100%斜四极铁供电时,由于△不能被控制的很小,所以最高只获得了κ= 30%。虽然这些耦合系数κ比较高的束团都稳定的存在SPEAR3中,但由于G和△的改变,SPEAR3的非线性发生了很大的变化。因此,我们在进行圆束团实验时,也对能够反映非线性性能的注入效率和动力学孔径进行了测量。结果显示,0%斜四极铁供电时,注入效率和动力学孔径在△的很大范围内都比较差。70%斜四极铁供电时,注入效率和动力学孔径比较好,但△接近0时很差。100%斜四极铁供电时,注入效率和动力学孔径在包括△接近0的很大范围内都是很好的,但在△=0.008处是最差的(测试了叁次)。通过与SPEAR3以往的非线性测量的结果对比,我们发现发生在100%斜四极铁供电时的这种现象与大幅度横向震荡引起的工作点偏移有关。同时,我们也通过仿真追踪的方法对这个现象进行了验证。结果表明,由于SPEAR3采用水平偏轴注入,注入束团的工作点会偏离储存束流的工作点,当△=0.008时,注入束团的工作点刚好位于线性差共振上,这会在垂直方向上激励出很大幅度的运动,由于SPEAR3在垂直方向上很小的物理孔径,束团很快丢失;当△接近0,虽然储存束团的工作点位于线性差共振上,但注入束流的工作点偏离共振线很远,所以能够逐渐阻尼到储存束流,因此注入效率比较高。第四部分总结和展望总结超低发射度储存环能够提供极高亮度的光束给SR用户,因此超低发射度储存环设计成为研究热点。本文简要的回顾了一些常用的lattice单元如FODO单元,TME单元,DBA单元,TBA单元。储存环来源于二极铁中的色散函数。但传统上,研究者对理论最小发射度lattice单元讨论时,总是假设弯铁中的二极场是均匀分布的。最近,LGBM和ABM在设计超低发射度储存环上表现出了优异的潜力,这激发我们采用一般的方法来对理论最小发射度lattice单元进行优化。为了使优化结果具有普遍适用性,我们采用了归一化lattice思想,并且在优化过程中自由控制二极场和四极场分布。无论采用光束亮度还是电子束发射度,纵向梯度二极场和反向二极场都出现在优化结果中。并且在以亮度为优化目标时,我们发现当四极场的强度不断提高时,lattice单元可以分裂成具有相似特征的多个lattice单元。这种分裂现象与MBA的概念是吻合的。此外,我们从自然色品,动量紧缩因子,相移叁个方面对采用LGBM和ABM的lattice进行了讨论。这对充分全面运用这两种弯铁是很有帮助的。同时,我们也采用这两种弯铁设计了一个9BA lattice。这个lattice在应对非线性效应方面采用了新颖的相位相消方案。初步非线性优化结果表明,该lattice具有不错的非线性动力学性能。另一方面,当储存环的自然发射度很低,并且与光束的衍射极限发射度相当时,圆束团模式无论对进一步提高光束亮度还是储存环的高效运行都是必不可少的。本文分析了当前流行的圆束团方案如相空间适配器,径向阻尼扭摆器,莫比乌斯储存环,线性耦合共振。使用线性耦合共振的方法,我们在SPEAR3储存环上进行了圆束团实验。结果表明,通过储存环耦合系数G和储存环工作点的控制,不同耦合程度的圆束团可以产生。虽然圆束团能够稳定储存,但注入过程中大的横向针振荡引起的束流工作点偏移会使非线性性能变差。展望在本论文中,我们给出了一个9BA lattice,并为之设计了相位相消方案来保证非线性动力学性能。经过初步非线性优化,9BA lattice非线性动力学性能表现不错。这个相位相消方案相当有潜力,接下来我们会对9BA lattice的非线性进行进一步优化。纵向梯度弯铁在实际储存环中从来没有应用过。我们需要对它进行仔细建模。由于简单易行,线性差共振在产生圆束团方面很有潜力。但这个方案需要精确控制工作点还有储存环的耦合系数。因此我们需要发展这些方面的技术和方法。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-06）
啜晓亚,黄忠魁,汶伟强,汪寒冰,许鑫[2]（2018）在《重离子冷却储存环CSRm双电子复合实验研究类锂~(36,40)Ar~(15+)离子同位素移动》一文中研究指出配备电子冷却装置的重离子储存环为开展高电荷态离子的双电子复合(dielectronic recombination,DR)精密谱学研究提供了绝佳的实验平台。本工作在兰州重离子加速器冷却储存环主环(HIRFL-CSRm)上开展了类锂36,40Ar15+离子的双电子复合实验,实验观测了电子-离子质心系能量范围为0～35 e V的双电子复合速率系数谱。通过外推法获得了~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)的跃迁能量。同时利用GRASP2K程序理论计算了~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)跃迁的质量移动因子和场移动因子,进而得到双电子复合谱的同位素移动值。~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)同位素移动分别为0.861 me V和0.868 me V。它们均小于目前CSRm上双电子复合实验的实验分辨为～10 me V,进而解释了实验测量的DR谱上未能观察到同位素移动的原因。然而,高电荷态离子的同位素移动场效应与原子序数Z~5成正比,因此,在重离子加速器冷却储存环实验环(HIRFL-CSRe)以及未来大型加速器——强流重离子加速器装置(HIAF)上有望通过DR精密谱学方法研究高电荷态重离子甚至放射性离子的同位素移动,进而获得相关原子核的核电荷半径等信息。(本文来源于《原子核物理评论》期刊2018年02期）
李兵[3]（2018）在《基于杜克电子储存环的束流内部散射效应的实验研究》一文中研究指出在同步辐射(Synchrotron Radiation,SR)光源中,亮度是一个很重要的参数。对于一个基于电子储存环的同步辐射光源,同步辐射光的亮度主要是由储存环的电子束流发射度决定的。因此,低发射度的储存环是获得高亮度的基于储存环的同步辐射光源的一个必要条件。然而,由于束流内部散射(IBS)效应的存在,电子束流发射度会随着束流流强的增加而增加。因此研究IBS效应对于理解束流发射度的增长规律具有重要意义。对IBS效应的实验研究方法一般是测量电子束流发射度和流强的变化关系。而电子束流发射度常常可以通过测量的电子束团尺寸和Twiss参数计算得到。因此,为了在Duke电子储存环上更准确的研究IBS效应,我们开发了一套具有更高分辨率的横向尺寸测量系统。基于这个测量系统和Duke储存环已有的其他测量诊断系统,我们实验研究了 IBS效应。另外,本论文也介绍了对Bussbar(可用于Duke自由电子激光的Wiggler供电)产生的漏磁场的补偿工作。对于一个有足够大束流横向尺寸的低能电子储存环,由于直接成像测量法具有较低的开发难度和经济的开发成本,因此其是非常适合用于这种类型储存环上对横向束流尺寸进行测量。基于这个方法,我们在Duke电子储存环上开发了一个横向束流尺寸测量系统。经过优化和标定后的系统具有更高的系统性能。通过估算和实验结果得到的系统分辨率为一30微米。初步的测量结果显示,这个系统能够测量不同流强和不同能量下的水平束流尺寸。是对于IBS效应实验研究的一个强有力的工具。对于IBS效应的实验研究已经在很多加速器上进行了,包括KEK实验室的1.5 GeV的电子储存环和康奈尔大学的康奈尔电子储存环。然而,这些工作没有探索束流耦合条件下和大范围能量条件下的IBS效应。由于Duke电子储存环可以运行在多个能量下(从240MeV到1.2GeV能量范围),并且也可以通过Tune Knob系统实现不同的横向耦合强度,这些特点使得Duke储存环可以用于对束流内部散射效应在束流耦合条件下和大范围能量条件下的实验研究。在本论文中,我们主要通过以下几个方面对IBS效应进行实验研究的:(1)测量了在大范围能量下(280 MeV-1.0 GeV)的叁维束流尺寸随流强的变化关系;(2)测量了不同耦合条件下的叁维束流尺寸;(3)比较了模拟和实验的结果。通过比较发现实验结果与理论模型(Bjorken and Mtingwa模型)有很好的一致性。Duke电子储存环专用于驱动自由电子激光源(FELs)和高亮度的Gamma-ray源(HIGS)。单色高亮度的Gamma束流是通过电子束流和FEL光束康普顿散射产生的。碰撞点处电子束的轨道位置和角度会对Gamma-ray束流的质量产生重要影响。然而,当产生FEL的时候,给Wiggler供电的Bussbar产生的漏磁场会影响电子束流的轨道和角度。因此,我们需要对Bussbar产生的漏磁场进行补偿。由于Duke Wiggler的配置方案有很多种,通用的补偿方案是非常复杂的。在本论文中,我们详细介绍了在其中一个Wiggler配置(使用两个OK-5Wigglers)下对Bussbar场的补偿方案和结果。我们采用SVD的方法对束流轨道矫正从而实现对Bussbar场的补偿,将对束流轨道对扰动降到最低,从而提高Gamma-ray束流的稳定性。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2018-06-04）
黄忠魁[4]（2017）在《基于重离子冷却储存环CSRm开展的类锂、类铍氩离子双电子复合实验研究》一文中研究指出配备电子冷却系统的重离子冷却储存环提供了相空间冷却的高品质束流和极低温度的电子束,极大提高了双电子复合(DR)实验的能量分辨和复合离子信号的信噪比,为研究高电荷态离子精密谱学提供了绝佳的实验平台。本文基于中科院近代物理研究所重离子研究装置HIRFL-CSRm上的DR实验装置,利用储存环合并束技术成功开展了类锂和类铍的氩离子的DR实验研究,主要结果包括:第一部分,在CSRm上开展了类锂的36Ar15+离子的DR刻度实验,成功测量了电子-离子质心系能量范围为0-35 eV的DR速率系数谱,覆盖了类锂的36Ar15+离子的2s电子所有?n=0的DR谱线系(1s22p1/2nl与1s22p3/2nl),通过解谱,给出了电子离子共线段电子束的温度分布(纵向温度kT|=0.8 meV,横向温度kT^=40 meV)。根据实验测量得到的DR谱中可分辨的共振峰位置,利用外推法得到了36Ar15+离子2s1/2→2p1/2和2s1/2→2p3/2的激发能分别为31.95±0.05 eV和35.00±0.08 eV。使用基于相对论组态相互作用的FAC程序对实验能量范围内的反应过程进行了计算,理论计算结果与实验结果符合很好。此外基于CSRm先后开展的36,40Ar15+离子的DR实验结果对储存环DR实验方法测量同位素移动进行了探索研究,对于CSRm上未能观察到36,40Ar15+同位素移动的原因进行了分析;第二部分,基于类锂的36Ar15+的DR刻度实验,开展了类铍的~(40)Ar~(14+)离子的DR实验研究。成功观测到了~(40)Ar~(14+)的DR(2s2→2s2p)过程的?n=0的四个谱线系2s2p 1P1、2s2p 3PJ(J=0,1,2)以及叁电子复合TR(2s2→2p2)过程?n=0的各个线系1S0、1D2、3P2、3P1、3P0。利用AUTOSTRUCTURE程序对~(40)Ar~(14+)的共振复合过程进行了理论计算,计算结果与实验结果总体符合较好。CSRm上开展的类锂、类铍氩离子的DR实验研究,为在CSRe以及我国未来大科学装置HIAF(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility)上的DR精密谱学研究奠定了坚实的基础。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》期刊2017-05-01）
李贺,张松,卢飞,钟晨,马余刚[5]（2016）在《兰州重离子储存环外靶实验终端时间投影室的动量分辨率模拟》一文中研究指出时间投影室(Time Projection Chamber,TPC)是在多丝正比室(Multi Wire Proportional Chamber,MWPC)和多丝漂移室(Multi Wire Drift Chamber,MWDC)的基础上发展起来的一种高空间分辨粒子径迹探测器。因其具有很高的位置分辨能力,从而可以获得很好的动量分辨率。在开展兰州重离子储存环外靶实验终端CEE(Cooler-Storage-Ring External-target Experiment)-TPC的建造之前,估算CEE-TPC的动量分辨能力是一项很有必要的工作。基于Geant4和Kalman Filter等模拟程序,对时间投影室探测器测量带电粒子的整个过程进行了蒙特卡罗模拟,给出了CEE-TPC探测不同种类的带电粒子的动量分辨率,并且对影响探测器动量分辨率的因素进行了分析。通过模拟计算,得到了CEE-TPC对?介子、质子和氘核的典型动量分辨率在5%左右,能够较好地鉴别这叁种粒子,为未来CEE-TPC的建造提供了可供参考的技术参数。(本文来源于《核技术》期刊2016年07期）
汶伟强,汪寒冰,黄忠魁,张大成,海帮[6]（2016）在《重离子储存环CSRe上激光冷却相对论能量类锂~(12)C~(3+)离子束的实验研究进展》一文中研究指出激光冷却储存环中相对论能量的重离子束是最有希望得到高相空间密度离子束、实现离子束相变并且获得有序束和晶化束的一种方法.相对于已经比较成熟的随机冷却和电子冷却技术,储存环上重离子束的激光冷却具有冷却速度快,冷却作用力强的特点,可以将离子束冷却到极低温度(mK),在激光冷却的同时还可以开展高电荷态离子的精细激光谱学实验.本文介绍了中国科学院近代物理研究所大科学装置重离子冷却储存环CSRe上开展激光冷却重离子束的实验原理和实验方法,给出了在CSRe上首次激光冷却能量为122 MeV/u的类锂~(12)C~(3+)离子束测试性实验结果,并且展望了在未来大型加速器HIAF上开展类锂类钠高电荷态离子的激光冷却和精细激光谱学实验.(本文来源于《中国科学:物理学 力学 天文学》期刊2016年05期）
李贺[7]（2016）在《兰州重离子储存环外靶实验终端时间投影室样机的研究》一文中研究指出时间投影室(Time Projection Chamber)是一种应用于粒子物理与核物理大型实验中的大体积气体探测器,能同时对多个进入探测器的带电粒子的叁维空间径迹和能量损失进行测量,具有很高的位置分辨能力。在国际大型粒子物理与核物理实验组,时间投影室被广泛应用。国内CEE实验合作组计划在兰州重离子加速器装置(HIRFL)的冷却储存环实验终端(CSR External-target Experiment:CEE)上建造一台低温高密核物质测量谱仪,实现100Me V/u到800Me V/u的能区重离子碰撞中带电离子产物的近全空间测量,TPC是其中非常重要的探测器。在开展CEE-TPC的建造之前,对CEE-TPC进行程序模拟,并且开展样机的前期研发,为未来CEE-TPC的建造提供可供参考的技术参数,是一项很有必要的工作。本文大体分为四个部分,后叁部分是作者主要完成的工作。第一部分对气体探测器的理论基础、时间投影室的原理、时间投影室的发展现状进行了介绍,第二部分主要对CEE-TPC的蒙特卡洛模拟做了详细介绍,得到了CEE-TPC探测不同种类的带电粒子的典型的动量分辨率,并且给出了较好的粒子的能损动量鉴别图,并对影响探测器动量分辨率的因素进行了分析。第叁部分主要对基于气体电子倍增器(Gas Electron Multiplier)探测器读出的TPC样机的硬件各组成部分、核电子学和基于全波形采样器的数据获取系统做了详细阐述,并对GET电子学的预研究情况进行了介绍。第四部分介绍了经过数据分析,得到了激光、宇宙线和阿尔法放射源的测试结果,并且对实验测试中存在的问题给出了建议。通过开展对CEE-TPC的蒙特卡罗模拟和时间投影室样机硬件研发和测试,掌握了对TPC参数化的模拟方法,并且得到了较好的样机测试结果,为未来CEE-TPC的建造积累了很多宝贵的经验和可供参考的技术参数。(本文来源于《中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)》期刊2016-05-01）
徐卫[8]（2012）在《储存环纵向反馈腔设计与基于横向反馈系统的束流实验研究》一文中研究指出为了获得高亮度的同步辐射光源,合肥储存环采用多束团运行模式。多束团运行模式带来的耦合束团不稳定性将会严重影响光源的性能,包括束流丢失、注入效率变差和束流品质的整体下降。多束团不稳定性可以用一些方法来缓解,比如增加自然阻尼(在更高的能量上运行),降低束流流强和增加朗道阻尼。然而,这些方法不足以用来稳定低能量、高流强运行模式下的束流。为了更有效的抑制束流不稳定性,合肥储存环将在其升级改造项目中建立一套主动式的储存环反馈系统,包括纵向反馈系统与横向反馈系统。作为纵向反馈系统的重要组成部分,我们需要一个具有一定带宽和阻抗的纵向反馈激励腔。论文汇报了我们在合肥储存环纵向反馈腔物理设计方面的工作,以及在设计过程中开发出的高性能纵向反馈腔调整优化技术。为了抑制电子束流的不稳定性,杜克储存环发展了一套数字的逐束团横向反馈系统。该系统能够很好地抑制多束团运行时横向束流的不稳定性。目前,在一般的机器运行中,这套系统还没有被用到。为了充分发掘该系统的应用潜能,我们利用它开发了一些束流诊断工具,特别是基于横向反馈的工作点测量技术。使用该工作点测量技术,我们还能够进行快速的束流色品测量。基于横向反馈系统的束流工作点和色品测量要远远快于目前正在使用的基于网络分析仪的色品测量系统。利用新的工作点测量系统,我们还能够测量多束团运行时的单个束团的工作点。利用这套束流诊断工具,我们研究了杜克储存环工作点的稳定性。我们还利用它矫正了杜克储存环的工作点调节系统。基于横向反馈系统的工作点测量系统还被成功用来进行一些其他项目的研究,包括工作点随束流流强变化(用来估算整个机器的阻抗),以及工作点随波荡器中电子束轨道的变化(用来研究波荡器中真空管道的阻抗特性)。第一部分绪论高亮度的光源可以由一束储存在电子储存环中的流强高、稳定性好的电子束产生的同步辐射光来实现。高性能的电子储存环通常具备低发射度,高流强,低能散和较长的束流寿命等一些特点。储存环的性能受各种因素影响。这些影响可以大致分为两类：来自机器的外在扰动以及由束流自身引起的集体效应。外在的扰动包括磁铁电源系统的抖动,机械部件的物理震动以及冷却空气和水的温度波动。随着束流流强的增加,束流集体效应开始发挥重要作用。当一个带电粒子束在加速器中运动时,它自身产生的电磁场会和周围的真空管道发生作用,产生新的电磁场。这个电磁场被称为尾场。尾场会反过来作用在束流上,从而导致束流不稳定性。束流不稳定性往往发生在当束流流强超过某个阈值时,所以我们称这类不稳定性为束流集体效应(不稳定性)。束流不稳定性除了会限制束流流强外,还会严重影响光源的一些重要性能,比如增加束流发射度和增加束流能散度。为了有效地抑制束流不稳定性,从上世纪九十年代开始,人们开发了主动式的反馈系统。反馈系统可以连续的采集束团信息,并通过其处理系统产生激励信号到反馈腔中,用来校正束流。束流信号采集系统通常是加速器中常用的束流位置监测器(BPM)。在现代电子储存环中,反馈系统的数字处理器通常可以分为两类。一类是基于数字信号处理器(DSP)的数字处理系统。对于采用DSP处理器的反馈系统来说,要想获得逐束团反馈功能,芯片的数目需与储存环中电子束团的数目相同。如果一个储存环的谐波数(harmonic number)很大,相应地,需要的DSP芯片数目也会很大。幸运的是,反馈系统的采样频率和束团的回旋频率相同,而该频率远远大于电子束的同步震荡或者横向震荡频率。所以采样过程可以采用向下采样的方式。这样的话,总的DSP数量可以相应减少(原数目除以下采样系数)。这类反馈系统已经在一些储存环上运行,包括PEP-Ⅱ、ALS、KEKB等。随着电子技术的发展,基于单个可编程门阵列(FPGA)处理器的储存环反馈系统已经开发出来,并投入实际应用。单个FPGA处理器,而不是一系列的DSP芯片,可以同时处理所有束团的信号并计算出相应的纠正信号用来激励束流。这类反馈系统在一些储存环上得到了成功应用,比如ESRF储存环和Duke储存环。对合肥光源储存环来说,为了抑制多束团运行带来的耦合束团不稳定性,反馈系统是非常有必要的。正在升级改造的合肥储存环将会安装叁套逐束团反馈系统,包括纵向反馈系统和横向反馈系统(水平方向和垂直方向)。目前,纵向反馈系统已经成为Duke储存环日常运行中必不可少的重要工具。而横向反馈系统则没有在机器运行中使用,这是因为相对于纵向,电子束在横向上相对稳定。横向反馈系统可以被用来开发成束流诊断工具,并用它进行有效的机器物理研究。文中,作者报告了合肥储存环纵向反馈系统激励腔的物理设计,以及在设计过程中开发的一些高频腔性能优化方法。作者在Duke储存环上开发了一套基于横向反馈系统的束流诊断工具,并用这些工具对Duke储存环的阻抗和尾场效应进行了研究。第二部分高性能纵向反馈腔物理设计以及优化调整方法按照耦合束团不稳定性理论,完整的耦合束团模式频率都在p·fRF和(p+1/2)·fRF之间。这里p是任意整数,AF是储存环的RF频率。所以我们可以将纵向反馈腔的中心频率设置为(p±1/4)·RF,同时反馈腔的带宽必须大于0.5fRF。合肥储存环的RF频率是204MHz,所以反馈腔的带宽应该为102MHz,或者更宽。要确定腔的中心频率,我们只需要确定整数p即可。考虑到实际可操作性,我们把中心频率设置在969MHz,也就是说p选为5。这个频率的时间周期大约为1ns。为了有效的激励反馈腔中的电子束团,该周期应该(远远)大于束团的长度。合肥储存环典型的rms束团长度为150ps,远远小于该中心频率的周期,所以这个选择是合适的。为了能提供足够的能量用来激励束团从而抑制束流不稳定性,考虑到RF功率放大器的有限的放大能力,反馈腔的阻抗必须足够大。对合肥储存环纵向反馈腔来说,其分路阻抗的设计指标为高于1200Ω。合肥储存环作为一个二代光源,只有八个短的直线节。为了给插入原件和其他设备预留位置,纵向反馈腔将被安装在储存环的注入段。所以腔的纵向长度不得长于800mm,横向半径也必须小于160mm,否则会碰到输运线。根据Duke反馈腔的经验,这个尺寸是可以得到满足的。在输运线和反馈腔之间必须建造屏蔽,用来避免反馈腔系统在束流注入过程中损坏。我们选择DA NE型的纵向反馈腔作为HLS的反馈腔。它是一个由圆柱谐振腔(pillbox cavity)和脊波导组合而成的激励腔。腔的两端有两个束流管道,用来与pillbox和储存环真空室衔接。HLS-Ⅱ储存环的真空室是八角形的。所以我们有两个方法来建这个束流管道。一个办法是保持反馈腔内部pillbox cavity两侧的束流管道的截面与储存环真空室的截面一致,对合肥储存环来说也就是八角形。SLS(真空室截面为八角形)和TLS(真空室截面为椭圆)的储存环纵向反馈腔就采用这种设计。该设计从机械设计角度来说比较简单直接,但是从机械加工角度来说则比较难。更重要的是,由于缺乏对称性,在模拟计算过程中必须使用整腔模型,从而加大了计算和优化时间。另一个方法是先按照圆形管道设计一个激励腔,然后再将该圆形管道改成一个从圆过渡到八角形的过渡段。这个方法的一个小缺陷是它可能增加加速器的宽带阻抗。宽带阻抗主要是由加速器组成部分的不连续性造成的,比如波纹管等。如果过渡段设计成连续变化,则不会造成阻抗的显着增加。我们采取第二种方式来设计纵向反馈腔。整个设计过程可以分为两部分：一,先设计一个带有圆形束流管道的纵向反馈腔,并使其性能初步达到设计要求：二,将圆形管道改成一个由圆到八角形的过渡段,再稍微修改腔的参数,使其性能完全符合设计要求。虽然高频腔在建造完成之后其工作状态可以通过一些调节器(比如金属活塞)来调节,但是这些调节器的使用大大增加了系统的复杂度。所以在设计阶段,我们需要调整腔的几何尺寸,使其性能完全满足设计要求。纵向反馈腔的几何结构比较复杂。为了优化设计过程,一个有效的方法是计算出腔的性能参数与主要几何尺寸之间的相互关系。为了简化这个过程,我们仔细挑选了几个重要的几何尺寸来进行依赖关系的计算。Duke纵向反馈腔的模型用来作为设计的起点和原型。一些几何参数事先固定下来,比如束流管道的半径和pillbox的间距等。还有一些几何参数受空间的制约,没有多少调整余地,比如整个腔的长度。最后我们选取了叁个几何参数用来进行相互关系的计算。第一个参数是pillbox的半径,它直接关系到腔的工作频率。还有两个参数是脊波导的主要几何尺寸,它们决定了脊波导的主要特性(输入阻抗)。这两个参数直接影响腔的输入、输出同轴线与脊波导之间的耦合系数。由于该反馈腔的几何结构具有对称性,且腔的工作模式(TMoio)的电磁场同样具有对称性,在计算过程中,我们只需模拟四分之一腔的模型,而不是整个腔的模型。在完成腔的性能参数与几何参数之间相互关系的计算后,我们得到了纵向反馈腔的初步设计。以上设计过程中,我们模拟的对象是四分之一的腔的模型。然而一个真实的高频腔具有一定的带宽,不是仅仅工作在中心频率上。当频率从中心频率偏移时,电磁场不再是对称的。更重要的是,高次模的电磁场没有对称性。所以我们需要模拟整腔模型从而得到更加精确的基本模以及高次模的信息。模拟结果表明,该初步设计已经满足了合肥储存环纵向反馈腔的设计要求,高次模也不会引起严重的束流不稳定性。得到初步设计之后,我们要将反馈腔的圆形管道修改成过渡段。由于从圆到八角形难以平滑过渡,一个折中的方法是建一个与八角形相切的椭圆,然后再建一个从圆到椭圆的过渡段。一般来说,平滑过渡要求过渡比小于1/5,我们同样采用这个过渡比。过渡段建立后,重新进行的模拟结果显示反馈腔的中心频率为971.2MHz,带宽为100.1MHz,分路阻抗为1750Ω。这些性能参数已经与设计指标非常接近,然而我们仍能对腔进行微调,以使其性能更加符合设计指标。我们可以采用与初步设计相同的方法来计算反馈腔的性能参数与几何参数之间的依赖关系。但是,即使对四分之一腔模型来说,这个计算也非常耗时,更何况对带有过渡段的反馈腔我们必须使用完整模型来模拟。尽管带有圆形真空管道的反馈腔四分之一模型与带有过渡段的反馈腔的完整模型有小的差异,我们仍然可以利用前者的相互关系来优化后者。这个思想也用在利用牛顿法来解微分方程上。为了更好的利用这个相互关系,我们需要将它表达成解析形式。也就是说,我们需要将相互关系进行拟合。由于性能参数与几何参数之间可能不是线性的关系,我们用二阶多项式来作为拟合函数。因为可用来拟合的数据量远远超出了函数的自变量,所以最小二乘法将是很好的拟合方法。在得到了拟合函数后,我们不能直接用它来解出反馈腔的几何尺寸。这是因为该函数是从四分之一腔的计算中得来。一个更好的方法是利用迭代法来逐步逼近最终的解。在数值分析中,牛顿法被经常用来寻找实值函数的数值解。多变量牛顿法同样也可以用来调整腔的参数。最终,仅仅通过四次迭代,我们就找到了足够精确的解(几何参数)。这些方法的采用,大大简化了腔的设计过程。性能参数与几何参数之间的关系同样可以用来确定反馈腔关键几何尺寸的机械加工公差。最后,我们重新分析该带有过渡段的纵向反馈腔的高次模特性,以确保它们不会制造麻烦。第叁部分基于横向反馈系统的束流实验研究Duke加速器光源设施包括基于储存环的自由电子激光器(FELs)以及高强度伽玛光源(HIGS)。它的加速器系统由叁个子系统组成：作为预注入器的180MeV的直线加速器,能量在0.18-1.2GeV之间的、具有恒流运行模式的booster注入器,以及一个能量可以运行在0.25-1.2GeV之间的电子储存环。束流的横向震荡频率,包括水平方向和垂直方向的工作点,是储存环中电子束的关键参数。所以工作点测量系统是最重要的束流测量系统之一。测量工作点的基本步骤是用激励信号驱动束流,同时测量束流的响应。在Duke FEL实验室,储存环和booster增强器的工作点测量系统都使用了一个网络分析仪和光学探测系统。这类基于光学的工作点测量系统工作方式如下：网络分析仪产生的RF驱动信号经放大后送到一个诊断用的stripline用来激发束流；利用二级铁中同步辐射光来探测束流的运动；最后将探测到的束流信号与激发信号对比用来确定工作点。通常,储存环反馈系统包含叁个子系统：(1)信号探测系统用来探测束团信号,(2)数字信号处理系统用来处理电子束团信号同时产生纠正信号,(3)通过反馈腔将放大后的校正信号加载在电子束上的能量或者动量纠正系统。由此可见,逐束团的束流反馈系统也可以被用来开发成先进的束流诊断工具。工作点测量系统同样可以用反馈系统来实现。这是因为它既可以产生激励信号来驱动束流,同时又可以探测相应的束流响应。更重要的是,逐束团反馈系统可以激励单个指定的束团,同时探测该束团的信息。利用这个特性,我们就可以在多束团运行时测量单个束团的工作点(bunch tune)。传统的工作点测量系统是无法实现这个功能的。利用束流反馈系统,我们开发了两套不同的工作点测量系统。其中,快速工作点测量技术还被用来开发新的色品测量系统。利用离散频率扫描法,我们开发了一个速度较慢的工作点测量系统。该系统通过扫描一定范围内的激励频率,同时记录不同频率驱动下的束流信号。用来激励束流的扫描信号由反馈系统的处理器iGp产生,经过放大后送到横向反馈腔(stripline)中。工作点频率应该在扫描信号的频率范围内。对不同频率的扫描信号,我们将记录下的束流时域信号进行快速傅里叶变换,从而得到其频域响应。最后我们通过驱动信号频率和相应的束流响应幅度来确定束流的工作点。这个测量方法可以用来测量单个束团的工作点,其缺点是速度慢。快速工作点测量系统对能量ramping过程中的储存环和增强器来说非常重要。另外快速测量系统还给我们提供了一个有效的工具,来研究储存环电子束不稳定性和加速器阻抗效应,等等。利用宽带信号激励束流,而不是用单个频率来扫频,可以实现工作点的快速测量。这个激励信号可以通过对正弦信号进行相位调制而得到。整个测量过程只需要几秒即可完成,远远快于基于同步辐射光的工作点测量系统。利用这个系统我们开发了快速的束流色品测量系统。为了得到更好的工作点测量结果,我们需要对束流频域响应曲线进行拟合。高斯分步曲线常常被用来作为拟合函数。为了发掘束流响应曲线背后的物理意义,我们可以采用更好的方法来拟合—Lorentzian函数。Lorentz分布经常被用来描述受迫振荡和受迫振荡中的均匀展宽现象。所以,这个拟合方法可以用来分析束流工作点的伸展宽度(tune spread).事实证明,这个函数与高斯函数相比,能更好的拟合工作点响应曲线。我们还进行了多束团运行模式下的单个束团工作点的测量。加速器或者加速器上某个部件的阻抗的测量和计算向来是加速器物理中令人感兴趣的课题。基于横向反馈系统的束流快速诊断工具的开发,给我们提供了一个进行储存环物理研究的有效手段。在Duke储存环上,我们测量了束流的工作点随流强的变化。这个测量可以被用来估算整个加速器的阻抗。我们还测量了工作点随束流轨道位置在某一段真空室中的变化。这段真空室位于OK-4波荡器中。这个测量能够很好的反映这段真空室的阻抗模型。稳定的工作点对高性能的、基于储存环的光源来说非常重要。测量显示,Duke储存环的工作点稳定度为4×10-5(RMS)。这么好的稳定度水平主要得益于稳定的磁铁电源系统。第四部分论文总结以及未来工作展望文中报告了合肥储存环纵向反馈腔的物理设计,该设计采用DA NE型反馈腔的设计方案。该腔具有两个输入端口和两个输出端口。模拟计算结果显示,该设计已经达到并在一定程度上超过了设计指标的要求。该设计同时还满足了合肥储存环对反馈腔尺寸的限制要求。另外,我们对腔的高次模也进行了仔细研究,以确保这些模不会对储存环的运行产生负面影响。在设计过程中,我们采用了叁个方法来优化该纵向反馈腔。鼻锥的使用成功的增加了反馈腔的分路阻抗。基于谐振腔微扰理论的定量分析也显示了鼻锥的使用能够降低腔的中心频率,从而减小了它的尺寸。高频腔性能参数和几何参数之间依赖关系的计算,能够使我们在已有的设计基础上有效地获得新的设计。最后,利用牛顿法,我们将具有复杂过渡段、没有旋转对称性束流管道的纵向反馈腔的性能精确带到了设计指标附近。在这些分步设计策略的基础上,我们成功完成了具有宽带宽、高阻抗的合肥储存环纵向反馈腔的物理设计。与Duke纵向反馈腔相比,该腔在带宽增加了20%的基础上,分路阻抗反而增加了10%,显示了在腔的设计过程中得到了进一步的优化。腔的高次模也被仔细的研究。利用模拟计算结果,我们还识别出了高次模的具体模式。我们采用的高次模识别方法比直观的、利用场力线来识别的方法更精确。论文报告了基于Duke储存环横向反馈系统的束流诊断工具的开发及相关的束流实验研究。基于横向反馈系统的快速工作点和色品测量系统,比现有的基于网络分析仪的光学工作点测量系统具有更高的效率。这套工作点测量系统还能够测量多束团运行模式时单个束团的工作点(bunch tune),这是现有测量系统不具备的。利用这些特性,这套束测系统为我们提供了一套有效的工具,用来研究不同束团填充模式、不同束流流强水平下电子储存环的束流不稳定性和阻抗特性。我们研究了Duke储存环工作点的稳定性,校正了其工作点和色品调节系统。工作点随束流流强变化的测量可以用来评估整个储存环的阻抗水平。我们进行了相关的实验,并得到了不同束流能量下的工作点随电流变化的斜率。我们还测量了束流工作点随OK-4波荡器中电子束轨道的变化,该研究工作有助于我们理解非圆对称真空管道中尾场的模式。这些工作点漂移的测量结果与理论分析是一致的。束团工作点的测量,包括同步震荡频率和横向震荡频率,是用来进行环形加速器尾场和阻抗测量的有效方式。比如,横向或者纵向的转移函数(transfer function)的测量都可以用来确定现有机器的阻抗。目前,工作点的测量是在利用相位调制信号激励束流的基础上进行的。为了得到转移函数,我们可以用白噪声来代替该调制信号。工作点随电流变化的测量中,我们并没有考虑束团长度这个因素的影响。而束团长度直接与加速器有效阻抗相关,所以实验过程中必须对束团长度进行同步测量。Duke储存环可以通过调整FELlasing的方式来改变束团长度。这给了我们一个用来研究束团长度和其他束流参数关系的手段。我们也计划利用模拟方法来计算OK-4波荡器中真空管道的尾场和阻抗,模拟结果将会和实验测量结果进行对比,从而得出更好的结论。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2012-12-01）
孟令杰,马新文,杨晓东,刘惠萍,夏佳文[9]（2009）在《兰州重离子冷却储存环上电子与离子复合实验研究》一文中研究指出辐射复合RR(Radiative Recombination)和双电子复合DR(Dielectronic Recombination)是各种等离子体中最基本的过程,复合截面以及复合速率系数是研究天体物理过程以及聚(本文来源于《第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集》期刊2009-07-11）
黄贵荣,徐宏亮,刘功发[10]（2006）在《HLS储存环高频调制实验》一文中研究指出在合肥光源(HLS)储存环上进行了高频调制实验,结果表明采用调制频率接近同步振荡频率fs 的高频幅度或相位调制,可以提高束流寿命．而通常采用的是2fs的调制方式．实验测量了最佳调制频率和合适的调制度,以及不同流强下调制引起寿命增长的程度．同时观察到束流频谱中高次分量的降低,这有利于抑制多束团耦合不稳定性．(本文来源于《高能物理与核物理》期刊2006年06期）
实验储存环论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
配备电子冷却装置的重离子储存环为开展高电荷态离子的双电子复合(dielectronic recombination,DR)精密谱学研究提供了绝佳的实验平台。本工作在兰州重离子加速器冷却储存环主环(HIRFL-CSRm)上开展了类锂36,40Ar15+离子的双电子复合实验,实验观测了电子-离子质心系能量范围为0～35 e V的双电子复合速率系数谱。通过外推法获得了~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)的跃迁能量。同时利用GRASP2K程序理论计算了~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)跃迁的质量移动因子和场移动因子,进而得到双电子复合谱的同位素移动值。~(36,40)Ar~(15+)离子2s_(1/2)→2p_(1/2)和2s_(1/2)→2p_(3/2)同位素移动分别为0.861 me V和0.868 me V。它们均小于目前CSRm上双电子复合实验的实验分辨为～10 me V,进而解释了实验测量的DR谱上未能观察到同位素移动的原因。然而,高电荷态离子的同位素移动场效应与原子序数Z~5成正比,因此,在重离子加速器冷却储存环实验环(HIRFL-CSRe)以及未来大型加速器——强流重离子加速器装置(HIAF)上有望通过DR精密谱学方法研究高电荷态重离子甚至放射性离子的同位素移动,进而获得相关原子核的核电荷半径等信息。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
实验储存环论文参考文献
[1].张通.储存环光源实现超低束流发射度的相关理论与实验研究[D].中国科学技术大学.2019
[2].啜晓亚,黄忠魁,汶伟强,汪寒冰,许鑫.重离子冷却储存环CSRm双电子复合实验研究类锂~(36,40)Ar~(15+)离子同位素移动[J].原子核物理评论.2018
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标签：Ultralow; emittance; Storage; Ring; Lattice; design; Numerical; opti-mization;