NSRL注入器束团长度测量系统初步设计-论文.pdf

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1、第37卷第9期核技术Vo1．37，No．92014年9月NUCLEARTECHNIQUESSeptember2014NSRL注入器束团长度测量系统初步设计张慧张善才(中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029)摘要合肥光源注入器升级改造接近完成。为了更好地分析其束流品质，为储存环提供更高品质的束流，针对合肥光源设计了一套利用横向偏转腔(TransverseDeflectingStructure，TDS)~I]量分析束流纵向品质的系统。利用TDS分析束流纵向品质精度高，功能多样，优势明显。本文TDS采用外围开槽盘荷波导结构，给出了该结构具体尺寸及相关参数计算，并对计算结果

2、做了简要分析处理。根据该结构在注入器的安装位置，对束团长度测量系统进行了物理设计，并分别使用MATLAB程序和PARMELA模拟了束团通过该结构的状态分布，得到了符合预期的纵向束团长度测量结果。关键词横向偏转腔，盘荷波导，HEMMATLAB，PARMELA中图分类号TL53DOI：10．11889／j．0253—3219．2014．bjS．37．090101随着加速器设计水平及建造技术的发展，束流数，提高准恒流运行模式的注入效率。本文针对合品质愈来愈好，同时给束流测量技术带来巨大挑战。肥光源注入器设计了一套束团长度测量系统。该系横向偏转腔(TransverseDeflectin

3、gStructure，TDS)是统利用一种较新颖的TDS腔结构实现了束团纵向利用射频电磁场直接对束团作用而进行束团纵向特与横向之间的相空间变化，能够直观地测量束团长性测量的一种方法。它最初发展于20世纪60年代度。本文介绍了该结构应用于束团长度测量的相关SLAC的次级粒子束流分离系统L1J。2000年左右，理论、计算、模拟等内容，具体结构安排有以下4开始应用于电子束流诊断，并曾取得过约30fs的束方面：(1)TDS工作原理介绍，包括工作场型的简团纵向测量精度【2J。配合能谱分析系统，可以精确要分析，束团长度测量的理论依据；(2)TDS单腔完成单次通过的束团能量分布的测量，即得到

4、其纵的尺寸设计及相关参数的计算分析；(3)基于薄透向相空间分布。同时，结合四极铁扫描技术还可以镜模型，束流通过该结构的MATLAB模拟分析；(4)测量不同束团纵向位置的水平发射度，即测量束团利用PARMELA模拟计算了该结构对束流的作用。切片发射度。此外，TDS在压缩同步辐射光脉冲_jJ、发射度交换[41等领域也有应用。总之，TDS是具有1TDS工作原理优势的一种用于束团诊断的系统，在LCLS、1．1场型分析及偏转电压FLASH、SPARC、SPring一8等装置的电子束流测量中已得到广泛应用。根据电磁波的工作状态，TDS分为行波结构与合肥光源(HefeiLightSource

5、，HLS)新一轮的升驻波结构。两种结构各有优劣，但其内描述粒子级改造接近尾声，束流品质将得到显著提高。HLS在射频(Radio—Frequency,RF)场中横向偏转的基本理论均是Panofsky．Wenzel定理们，其表达式如下：改造后将要用36nm-rad的双弯铁消色散结构(DoubleBendingAchromat，DBA)代替现在的z=l160nirl·rad的三弯铁消色散结构(TripleBendingAchromat，TBA)。同时改造后将建设一条高性能的嘱EzdZ)直线加速器，实现储存环的满能量注入。实现满能量注入，在条件成熟后，目标是实现准恒流运行模式中，，表示

6、粒子穿过长度为，的TDS结构从电式(Top—up)。届时将可在更低的发射度、更高的流磁场获得的横向总动量；t?z表示纵向电场；表强以及更稳定的光束品质下运行。为了更好地配合示电磁场角频率；g表示带电粒子电荷量；v表示粒实验室将来的发展，更加精确地优化直线加速器参子速度。第一作者：张慧，男，1989年出生，2011年毕业于西南科技大学，现为中国科学技术大学硕士研究生，核技术及应用专业通讯作者：张善才，E-mail：shancai@ustc．edu．ca收稿日期：2014—03-03，修回日期：2014-04—080901O1—1核技术2014，37(9)：090101。8]计算得

7、出此处的初始束团垂向尺寸均方根值与发散角均方根值、束团纵向尺寸均方根值分别为：m¨=。，。，。，=『。4。．043；]的粒子10000个，分别对经过偏转结构与经过漂移段后的束团在(，z)、(，)二维相空间的分布进行由计算结果可知：如图6(a)所示，束团经偏转ErrorImm·(。)一’腔作用之前在(z)与(Y，Y’)相空间均呈标准高斯图5腔的特征尺寸误差对极化频率的影响分布且Y与Y均不大；如图6(b)所示，束团经偏转Fig．5Characteristicdimensionerrorimpac