隨著高能重離子加速器以及電子離子對撞機(jī)的發(fā)展,束流冷卻作為提高機(jī)器亮度的重要手段,也在向高能量、新技術(shù)的方向發(fā)展,其中,利用脈沖電子束團(tuán)冷卻離子束團(tuán)是將來高能電子冷卻技術(shù)發(fā)展的重要方向。本文基于傳統(tǒng)電子冷卻的理論模型和中低能冷卻實(shí)驗(yàn)結(jié)果,開發(fā)了適用于束團(tuán)冷卻和脈沖電子束冷卻研究的模擬程序,并依托蘭州重離子儲存環(huán)HIRFL-CSR,對束團(tuán)冷卻和脈沖電子束冷卻進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本文詳細(xì)闡述了電子冷卻中所涉及的束流相空間理論、束流溫度、冷卻力和加熱效應(yīng)等概念,并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,開發(fā)了數(shù)值模擬程序。程序通過多粒子跟蹤的方法對冷卻過程中的束流動力學(xué)進(jìn)行模擬計算,主要包括了橫縱向運(yùn)動、高頻電場、冷卻、束內(nèi)散射以及空間電荷效應(yīng)等作用。程序中各模塊以及整體性能得到了CSR一系列冷卻實(shí)驗(yàn)的校驗(yàn),得到了理想的結(jié)果,同時也利用該程序?qū)Ρ疚闹械氖鴪F(tuán)冷卻實(shí)驗(yàn)和脈沖電子束冷卻實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬研究。HIRFL-CSR束團(tuán)冷卻實(shí)驗(yàn)研究了離子束團(tuán)在高頻電場和電子冷卻的共同作用下被壓縮的過程以及冷卻后的束團(tuán)長度與粒子數(shù)和高頻電壓的關(guān)系。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論分析,驗(yàn)證了束內(nèi)散射效應(yīng)和空間電荷效應(yīng)在束團(tuán)冷卻過程中的作用,并... 

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 概述
    1.2 束流冷卻
    1.3 電子冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢
    1.4 論文的提出
    1.5 論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 電子冷卻理論
    2.1 概述
    2.2 束流相空間理論與束流溫度
    2.3 粒子在相空間中的運(yùn)動
    2.4 電子冷卻原理
        2.4.1 電子溫度
        2.4.2 冷卻力模型
        2.4.3 空心電子束
    2.5 束流加熱作用
        2.5.1 束內(nèi)散射
        2.5.2 殘余氣體散射
    2.6 小結(jié)
第3章 電子冷卻數(shù)值模擬
    3.1 概述
    3.2 程序簡介
        3.2.1 模型離子的產(chǎn)生與初始化
        3.2.2 離子相空間運(yùn)動
        3.2.3 電子冷卻
        3.2.4 束內(nèi)散射
        3.2.5 空間電荷效應(yīng)
    3.3 模擬程序初步校驗(yàn)
        3.3.1 程序校驗(yàn)
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)
    3.4 小結(jié)
第4章 束團(tuán)冷卻實(shí)驗(yàn)
    4.1 概述
    4.2 實(shí)驗(yàn)裝置與數(shù)據(jù)獲取
    4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與結(jié)論
        4.3.1 束團(tuán)長度測量
        4.3.2 束團(tuán)冷卻過程
        4.3.3 束流流強(qiáng)對冷卻束團(tuán)長度的影響
        4.3.4 高頻電壓對冷卻束團(tuán)長度的影響
    4.4 束團(tuán)冷卻模擬
        4.4.1 冷卻過程模擬
        4.4.2 模擬與實(shí)驗(yàn)對比
        4.4.3 束內(nèi)散射與空間電荷效應(yīng)的影響分析
    4.5 小結(jié)
第5章 脈沖電子束冷卻實(shí)驗(yàn)
    5.1 概述
    5.2 脈沖電子束的產(chǎn)生
    5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
        5.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取
        5.3.2 連續(xù)束流冷卻
        5.3.3 離子束團(tuán)冷卻
    5.4 脈沖電子冷卻模擬分析
        5.4.1 脈沖電子束的Barrier電壓
        5.4.2 連續(xù)束冷卻模擬
        5.4.3 束團(tuán)冷卻模擬
        5.4.4 模擬與實(shí)驗(yàn)對比
    5.5 多脈沖、超短脈沖電子束冷卻模擬
        5.5.1 多脈沖電子束
        5.5.2 超短脈沖電子束
    5.6 小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)束流累積研究[J]. 原有進(jìn),夏佳文,張文志,宋明濤,楊曉東.  原子核物理評論. 2001(01)
[2]HIRFL-CSR主環(huán)電子冷卻裝置調(diào)試[J]. 楊曉東,V.V.Parkhomchuk,趙紅衛(wèi),王志學(xué),BINP Electron Cooler Group.  高能物理與核物理. 2003(08)
[3]HIRFL-CSR主環(huán)慢引出設(shè)計[J]. 原有進(jìn),宋明濤,董金梅,夏佳文.  強(qiáng)激光與粒子束. 2005(02)
[4]蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)kicker磁鐵設(shè)計[J]. 馬力禎,韓少斐,何源,王玥,張軍輝,高大慶,袁平,原有進(jìn),夏佳文.  強(qiáng)激光與粒子束. 2006(01)
[5]蘭州重離子冷卻儲存環(huán)束流踢軌控制系統(tǒng)[J]. 王彥瑜,郭玉輝,林飛宇,黃繼江,喬衛(wèi)民,原有進(jìn),高大慶.  強(qiáng)激光與粒子束. 2008(08)
[6]Commissioning of electron cooling in CSRe[J]. 楊曉東,冒立軍,李國宏,李杰,馬曉明,晏太來,原有進(jìn),宋明濤,楊建成,劉勇,趙鐵成,夏佳文,張瑋,高大慶,周忠祖,燕宏斌,毛瑞士,何源,韓少斐,鄭建華,楊曉天,趙紅衛(wèi),肖國青,殷達(dá)鈺,李朋,賈歡,Parkhomchuk Vasily,Reva Vladimir,Skorobogatov Dmitry.  中國物理C. 2010(07)
[7]Injection method of barrier bucket supported by off-aligned electron cooling for CRing of HIAF[J]. 申國棟,楊建成,夏佳文,冒立軍,殷達(dá)鈺,柴偉平,石健,盛麗娜,A.Smirnov,吳波,趙賀.  Chinese Physics C. 2016(08)



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