直线感应加速器中聚束磁场的数值计算方法.pdfVIP

第22卷第6期 强 激 光 与 粒 子 束 v01．22，No．6 LASERANDPARTICLEBEAMS 2010年6月HIGHPOWER Jun．，2009 文章编号： 1001—432Z(2010)06—1331—04 直线感应加速器中聚束磁场的数值计算方法 杨长鸿1， 蒙 林1， 张开志2， 章文卫2， 刘大刚1 (1．电子科技大学物理电子学院。成都610054#2．中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900) 摘 要： 为了准确模拟出直线感应加速器中聚柬磁场的值。首先利用单积分法计算出理想情况下的聚柬 磁场的值。再进一步用磁路分析的方法考虑直线感应加速器的加速腔中匀场环对聚柬磁场的影响，然后推导出 一组偏离角度与磁场分量相关的公式。将最终得到的聚束磁场分量与直线感应加速器模型结合起来，采用粒 子模拟的方法来模拟电子柬在加速段中的输运过程。并对结果加以分析。 关键词： 直线感应加速器；磁轴偏离； 匀场环； 聚束磁场 中图分类号：0572．21l 文献标志码： A doi：10．3788／HPLP1331 在直线感应加速器中，为了约束电子的运动，在每个腔内都加入了聚束磁场。聚束磁场是由螺线管线圈产 生的，在理想情况下，它产生的是轴对称磁场，但是在实际的加工及安装过程中，线圈不可避免会产生误差，导 致磁轴倾斜和磁轴偏离。为了抑制磁轴倾斜对束品质的影响，在工程上采用匀场环来降低线圈的横向场Ⅲ。 因此在数值模拟加速器中的聚束磁场时，将聚柬磁场的偏离以及匀场环对磁场的影响考虑进去显得尤为重要。 l数值计算方法 在模拟加速腔中的聚束磁场时，主要分为3个步骤完成。 1．1计算理想螺线管线圈的磁场 管线圈磁场的方法是单积分法‘3』。如图1所示，螺线管线圈内 半径为a。，外半径为a。，长为2b。选取圆柱坐标，线圈的对称轴 选为z轴，始终把场点P所在的平面作为xoy平面。在电流分 布区域内任取一点Q(r7，p7，27)，该点的体积元为dV。设QP= ，．，根据Biot-Savart定理可得 (1) B(p，妒，z)一畿』y‘乞笋cn厂7=B，e，+B，，+B：P。 驴学M≯e号掣∥ ㈣ B。=0 (3) 耻芬删：∥￡学杉 ㈤ Schematicofsolenoidcoil Fig．1 diagram 式中：r=√≯1弓F了再忑磊矿F尹；口=∥一9。在z和r两个 图1螺线管线圈示意图 方向积分，得到 (5) B，2哮[‘(詈，iZl)一FP(警，詈)一FP(警，詈)+‘(詈，詈)] (6) B==辔[t(詈，詈)一只(詈，詈)吐(警，詈)+E(警，詈)] 式(5)，(6)中两个函数的表达式为 ． ro (7) J0 (8) *收稿日期：2009-04一19；修订日期：