介绍了北京大学光阴极注入器的核心部件3+1/2超导腔的机械性能的设计,通过ANSYS和SUPERFISH程序优化加强筋的个数和位置,解决了超导腔在脉冲条件下由于洛仑兹力引起的超导腔失谐以及当超导腔进行低温调谐时场平滑度变化过大的问题,同时针对复杂超导腔结构进行了低温调谐结构的设计.
超导腔 光阴极注入器 洛仑兹力失谐 调谐结构
在交汇段设计理论的基础上,针对北京大学ERL的具体情况,对交汇段的束流传输结构进行了优化设计,通过模拟得到了满足要求的一组设计参数;研究了空间电荷效应以及相干同步辐射对束流发射度、能散及包络的影响.结果表明:空间电荷效应对发射度影响不大,但对束流包络影响较明显;相干同步辐射引起的发射度增长及能散较小,且不影响束流包络.
能量回收直线加速器 交汇段 消色散 空间电荷 相干同步辐射
设计了用于PKU-FEL注入器的腔式位置诊断装置.该BPM腔采用的偶极模TM110模的频率与PKU-FEL主加速器的基模频率一致,都是1.3 GHz；通过在圆形腔上镶入两个完全一致的矩形腔解决了腔式BPM的Cross-Talk问题. 根据PKU-FEL的设计要求,所设计的BPM腔的最小位置响应约10 μm,动态范围大于30 mm,时间响应小于束团间距.还估算了该BPM腔引起的束团功率损耗.结果表明,BPM腔引起的束团功率损耗是可以忽略的.
腔式BPM 位置分辨 时间响应 功率损耗
基于直流电子枪-超导加速腔(DC-SC)光阴极注入器样机的初步实验结果,北京大学提出了新的注入器的改进设计.新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔.文章给出了它们的详细结构参数,然后采用程序,对注入器的束流动力学进行了模拟.结果发现:新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束,束团的电荷量100 pC,横向发射度低于2 mm·mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm,重复频率81.25 MHz;也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束,其横向发射度小于3 mm·mrad,脉宽约为9 ps,以满足北京大学自由电子激光(PKU-FEL)实验平台的要求.
超导加速腔 注入器 发射度 自由电子激光
曲柄式磁压缩系统是北京大学SASE自由电子激光装置中非常重要的部分,通过其对电子束团的压缩为扭摆器提供高流强、短脉冲的电子束,使电子束在扭摆器内较短的距离实现饱和出光.曲柄式磁压缩需要利用偏离高频峰位的加速相位使得电子束产生能量-位置关联,主要讨论高频相位抖动与能量-位置关联的相互关系,高频相位抖动使得束团的能量-位置关联不同,即束团内电子能量随位置分布不同.进而研究其对磁压缩性能的影响,即能量-位置关联不一样会导致磁压缩得到的束团长度出现涨落.
磁压缩装置 SASE自由电子激光 高频抖动 能量-位置关联
1 北京大学重离子物理研究所,北京,100871
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
阐述了2-cell Telsa腔的设计.用3维程序HFSS分析了其高阶模的特点,给出了高阶模的主要参数频率、品质因数、分路阻抗以及模式的电场分布,并且π模的电场分布与Superfish的模拟结果相比较,两者是一致的.最后,简要分析了各高阶模对电子加速的影响,分析表明高阶模降低了电子加速效率和束流的稳定性.
2-cell腔 高阶模 电子加速 2-cell cavity HOMs HFSS HFSS Accelerating electron 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1735
北京大学重离子物理研究所,重离子物理教育部重点实验室,北京,100871
射频超导谐振腔已经大规模地应用到粒子加速器领域,其优越之处在于它可以在CW模式或长宏脉冲模式下,提供高的加速梯度.射频超导已经成为自由电子激光和能量回收直线加速器的关键技术.经过30多年的研究发展,解决了超导腔的热崩溃、场致发射等诸多关键问题,目前加速梯度已经超过40 MV/m.高加速梯度的获得是射频超导领域的前沿热点,电抛光+低温热处理技术使射频超导腔的加速梯度提高3～4 MV/m.最新发展起来的超导腔的干式处理可以改善超导腔的表面状况,提高超导腔的Q值,抑制次级电子发射效应,有可能成为提高超导腔性能的又一有效手段.
射频超导 自由电子激光 超导加速器 干式处理 RF superconductivity Free electron laser Superconducting accelerator Dry treatment
1 北京大学重离子物理研究所,北京,100871
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
超导加速器由于具有极高的Q值,因此表现出较强的腔束相互作用,尤其是在以CW模式运行下,严重时会产生束流崩溃(BBU)效应.德国TESLA式的9-cell超导串腔在束流负载为1 mA,束团重复频率为81.25 MHz情况下,对其高阶模的产生及相应的功率水平进行了分析.结果表明:对于该腔的主要高阶模,谐振偏差值在π/4以上,束流没有发生谐振,高阶模功率在mW量级.
超导腔 高阶模 CW模式 Superconducting cavity High order mode CW operation
北京大学,物理学院,重离子物理研究所,北京,100871
激光与相对论电子束的康普顿散射可产生高亮度、超短脉冲、辐射波长可调、峰值亮度高的准单色、极化X射线.这是一种新型的激光同步辐射光源,以其造价低、小型紧凑等特点受到人们的重视,成为当前研究的热点.介绍了激光同步辐射光源的性质和特点,对利用北京大学超导加速器装置的电子束产生激光同步辐射进行了初步计算和设计,该波段X射线显示出了诱人的应用前景.
激光同步辐射光源 超导加速器 康普顿散射 超腔 Laser synchrotron source Superconducting accelerator Compton scattering Super cavity
北京大学,重离子物理研究所,射频超导组,北京,100871
北京大学射频超导实验室设计了新型超导光电子枪--DC-SC光阴极注入器,目标是为自由电子激光平台提供能量在2～3MeV,脉宽小于10ps,脉冲重复频率为81.25MHz,平均流强约为1mA的低发射度电子束.现在已经建成了DC-SC光阴极注入器实验平台,包括激光驱动光阴极系统,Pierce直流高压加速结构,1.3GHz 1+1/2纯铌超导腔,恒温器低温系统,4.5kW连续波微波系统,1/16分频与同步控制系统,束流诊断系统和能量分析系统等.并且完成了超导腔的静态实验,直流加速结构也经过了100μA低电流测试.实验结果符合设计要求,整体调试后即可以进行束载实验.
电子枪 光阴极 超导腔 低发射度 Electron gun Photocathode Superconducting cavity Low emittance FEL FEL 强激光与粒子束
2004, 16(11): 1385
