根据Corkscrew运动的特征,建立了束心Corkscrew运动及其对束流发射度的影响的理论模型,并进行了数值计算,揭示了束心Corkscrew运动造成束流积分发射度增长的一般规律,分析了有关参数对积分发射度的影响.计算结果显示,束心Corkscrew运动是叠加在束心平均偏轴上的一种横向运动,同时也是一种色散效应.虽然束心Corkscrew运动与束心平均偏轴具有很多相同的激励因素,但二者具有截然不同的机理.束流的能散度和初始入射角是Corkscrew运动的两个基本因素,而传输磁场、线圈磁轴倾斜及线圈安装方式对Corkscrew运动的幅度和频率构成较大的影响,并引起束流发射度的增长.只要存在初始入射角、初始入射偏轴或线圈磁轴倾斜中的任何一种因素,就会出现束心偏轴.在数值分析的基础上,针对减小束心Corkscrew运动和束轴的偏心提出了相应的抑制措施.

介绍了为抑制"神龙一号"加速器束流束心螺旋运动而开展的强流电子束束心轨迹的调谐技术研究和实验结果.通过束质心轨迹校正调谐,使"神龙一号"输出束流脉冲50ns平顶部分螺旋模的振幅由大于4mm减小到小于1mm.同时介绍了调谐原理和方法,相关的数值模拟结果与实验结果的比较以及正在进行中的计算机智能调谐研究.

介绍了正在研究设计的调谐强流电子束束心轨迹的计算机智能系统.根据目前正在设计建造的"神龙一号"加速器束流输运环境,为抑制束心螺旋运动,适应束输运磁场元件无散热装置,调谐过程中应尽量减少实验次数,智能调谐方法主要采用数值模拟和计算机克隆调谐和人工调谐相结合.以束心轨迹的数值模拟为基础,对束心位置调谐过程中的核心部分二极场调谐磁元件的调谐特性曲线进行了数值模拟,并与实验获得的调谐特性曲线进行了比较.获得了数值模拟和实验的初步结果.

神龙一号;强流脉冲加速器由72个直线感应加速腔和18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成.直线感应加速器的研制建造中磁轴对中偏差和聚焦磁场的自然偏差所引起的束流质心偏移轨道中心是不可避免的,由于束脉冲期间存在能散,使束流产生Corkscrew运动,导致束流品质变坏.而束脉冲期间的能散只能减小到一定水平,因此必需采取一定的措施抑制Corkscrew幅度的增长.在加速器的安装阶段,脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场,并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差进行初步校正.根据脉冲悬丝测试所得实验数据,采用传输矩阵法对加速段束质心轨迹进行了初步估计,计算中考虑了各加速腔聚焦磁场的倾斜和偏移误差.给出了计算结果和分析.

系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 -I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局.

分析了对强流相对论电子束采用交变极性聚焦磁场聚焦存在稳定解的条件,提出了采用交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理。数值计算结果表明,在采用交变周期为1m、峰值磁场设为0.2T的情况下,对于能量为12MeV的电子束,当聚焦布局长度为2.8m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端)；对于能量为20MeV的电子束,当聚焦布局长度为4.5m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端)。