上海同步辐射装置次谐波聚束腔中二次电子倍增效应的模拟.pdf

第 30 卷 第 5 期 核 技 术 Vol.30, No.5 2007 年 5 月 NUCLEAR TECHNIQUES May 2007 上海同步辐射装置次谐波聚束腔中二次 电子倍增效应的模拟 张 猛 赵明华 （中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 ） 摘要 上海光源直线加速器采用一个次谐波聚束腔组成预注入器[1] ，其性能的稳定性和可靠性直接关系到电子 束流的品质。二次电子倍增效应是其不稳定性的原因之一，为考察其中的二次电子倍增效应，将上海光源次 谐波聚束腔与最普通的重入式谐振腔进行对比。结果表明，在实际使用的工作范围内，优化次谐波腔形状可 有效抑制其中的二次电子倍增效应。进一步的考察表明，腔体结构的圆滑设计是抑制二次电子倍增的原因。 关键词 次谐波聚束器, 二次电子倍增, 计数函数, 模拟 中图分类号 TL503.3 在次谐波聚束腔内，结构表面发射出的电子在 次数后存活的初始电子数量。 高频场中加速后与表面碰撞产生二次电子，二次电 (2) 优化计数函数(Enhanced counter function)： 子产生的数量与表面材料的性质和碰撞电子的能量 考虑材料二次电子倍增产额条件，记录在指定的场 有关。二次电子在高频场中加速、碰撞，将产生下 强下经过指定碰撞次数后存活的二次电子数量。 一代电子。若二次发射电子数量超过碰撞电子数量， (3) 距离函数：给出了发生倍增的表面位置。 同时电子轨道满足特定的振荡条件时，电子电流将 该函数计算在考察时间内粒子初始发射位置和最后 [2] 自发增加，发生次级电子倍增现象 。 碰撞位置之间的距离。 上海光源直线加速器预注入段采用次谐波聚束 器以实现高流强的电子束，但其二次电子倍增效应 1 上海光源直线加速器次谐波聚束腔的 导致的腔压不稳定性（振幅和相位），会对束流品质 MultiPac 模拟 [3] 造成重要影响 。 为较好考察上海同步辐射装置（Shanghai syn- 目前，避免高频腔中二次电子倍增最佳方法是 chrotron radiation facility, SSRF ）次谐波聚束器的腔 优化腔体几何形状以改变其电磁场分布，影响其电 形对其中二次电子倍增抑制的效果，我们将其与最 子运动轨迹，破坏它们的共振条件，从而抑制二次 普通的重入式谐振腔进行比较，调节两种腔体直径 电子倍增现象。由芬兰赫尔辛基大学 RNI 研究所 (Rolf Nevanlinna Institute)和德国 DESY(Deutsches 使其谐振频率为 500MHz，形状如图 1(a)、(b)所示。 Elektronen Synchrotron), 联合开发的模拟软件包 为评价其中的二次电子倍增效应，须定义其腔 MultiPac 为实现这种方法提供了工具。 体表面二次电子产额 δ。 上海光源直线加速器次谐 MultiPac 的倍增模拟通过以下步骤实现[4] 。第 波聚束腔采用无氧铜材料，可按如下公式[5]定义的 一，由一个结合自动网格生成器和本征值计算器的 二次电子产额 δ: 轴对称高频元件有限元电磁场计算