束流負載等效電路理論由于其簡潔性和準確性而成為了目前束流負載效應(yīng)分析的主流理論。為保持束流功率的一致性,本章在束流負載等效電路理論中引入了考慮渡越時間效應(yīng)的束流等效電流,同時證明了該束流等效電流對應(yīng)于物理上更深層的有限長度加速間隙的束腔相互作用基礎(chǔ)理論。尾場理論起源于對于電子加速器的研究。在電子加速器中,除了極低能的注入段,電子速度可很好的近似為光速而趨于常量。對于低β質(zhì)子加速器,由于粒子速度隨能量變化明顯,從而不能將其視為常量。為便于低β質(zhì)子加速器的束腔束腔相互作用分析計算,本章對束腔束腔相互作用中的基本物理量進行了重新定義。由于現(xiàn)有的尾場理論體系是建立在無限小加速間隙模型之上的,而實際的加速間隙總是存在一定的長度。為了更準確的描述點電荷在實際的有限長度加速間隙產(chǎn)生的尾場勢,本文提出了有限長度加速間隙的尾場勢模型,并明確了該尾場勢模型在一些特殊點的性態(tài),同時得到了其在窄加速間隙的線性近似下的具體形式。由于尾場勢是束腔相互作用理論的基礎(chǔ),從而該尾場勢模型將對整個束腔相互作用領(lǐng)域產(chǎn)生影響。相比常溫腔,超導(dǎo)腔由于其腔體時間常數(shù)較大,其腔體電壓滿足的微分方程可以很好地近似為一階微分方程,在這種情況下,解析解是存在的,雖然目前的超導(dǎo)腔瞬態(tài)束流負載效應(yīng)計算中,都是采用的數(shù)值解法。本文得到了超導(dǎo)腔束流負載效應(yīng)的解析解。利用該解析解,可以很方便的研究瞬態(tài)束流負載效應(yīng)同時隨多個參數(shù)的變化情況。在目前的束流負載等效電路理論中,束流通常被等效為電流源。但在該等效下,一些重要的束流負載效應(yīng)的結(jié)論,例如腔體的最佳失諧和最佳耦合,并不能很好地從物理上進行解釋。因此,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地提出了基于束流阻抗模型的束流負載等效電路理論,并證明了穩(wěn)態(tài)下該理論和基于束流電流源模型的等效電路理論的數(shù)學(xué)等價性。利用束流阻抗模型,可以很好地從物理上解釋上述結(jié)論。同時,本文還對束流阻抗模型的其它優(yōu)勢進行了闡述,從而表明在穩(wěn)態(tài)束流負載效應(yīng)分析中,用束流阻抗模型代替其電流源模型是合適且必要的。在此基礎(chǔ)上,本文利用束流阻抗模型,對束流負載等效電路理論進行了擴展,使其能夠被用于諸如RFQ等多加速間隙多主導(dǎo)電磁模式的加速結(jié)構(gòu)的束流負載效應(yīng)分析。利用擴展后的理論對CADS注入器II的RFQ的最佳失諧進行了計算,得到的結(jié)果與實驗值能夠很好地符合。此外,本文還利用束流阻抗模型,得到了腔體耦合器波導(dǎo)管上的駐波波腹位置隨同步相位變化的新結(jié)論,并對此進行了詳盡的數(shù)學(xué)分析,所得的結(jié)論為腔體耦合器老煉提供了理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL50
【部分圖文】：

圖 2.1 束流管道幾何畸變引起的尾場論性束流的尾場效應(yīng)分析，通常僅需考慮該類尾場，也是針對的相對論性束流的情況。因此，尾場的另外 2 的違背所導(dǎo)致的尾場常被忽略。1 被違背時，由于此時粒子和其鏡像電荷均處于亞光速互作用將不為零，因而存在尾場效應(yīng)。同時，隨著粒子電荷的電磁場縱向張角1θ γ ≈ 也會展寬，從而導(dǎo)致尾處于光速時，其鏡像電荷也處于光速，于是，θ γ ≈ 想導(dǎo)體且不存在幾何畸變時，粒子和其鏡像電荷必然它們的電磁場也完全被壓縮在該位置的橫向平面內(nèi)，速度低于光速時， θ > 0，從而，鏡像電荷將沿縱向

圖 2.2 亞光速引起的尾場條件 2 的違背，即束流管道壁電阻率大于零，所引起的尾場屬于“電阻性壁面阻抗”（resistive wall impedance）的研究內(nèi)容[9-11]。粒子在束流管道中運動時，其鏡像電荷也會隨之沿著束流管道管壁的運動，從而在管壁上形成鏡像電流。顯然，當(dāng)管壁的電阻率不為零時，鏡像電流必然導(dǎo)致歐姆損耗，由能量守恒可知，此時的粒子能量必然會降低，即束流受到了以等效的減速場的作用，該等效減速場即為尾場。除了直接的電阻性損耗之外，粒子的一部分能量還會轉(zhuǎn)換為腔體的電抗性儲能。電磁場在良導(dǎo)體上的趨膚深度sδ 為，2csρδμω= (2.1)

nQ 決定。換言之，單極模尾場效應(yīng)是由條件 3 的違背，即束流管的。子離開高頻腔后，考慮到腔壁有限電導(dǎo)率引起的衰減因子2Qeω .7)決定的感應(yīng)電壓將按下式的規(guī)律隨時間變化，( ) ( )20,cos2nntQnB n nnrV t qe tQωωω = 的單極模尾場勢 ( )zw t 為，( )( )( )0,2cos2nntB nQnz nnV t rw t e tq Qωωω = 諧振電路總阻抗

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 黃貴榮;;束腔相互作用的導(dǎo)納分析方法[J];高能物理與核物理;2006年07期

本文編號：2825647