束流电子云不稳定性研究.pdf

刘瑜冬等：束流也于_五小稳定性研究 束流电子云不稳定性研究+ 刘瑜冬国智元秦庆王九庆邢军赵政 中国科学院高能物理研究所，北京，100049 本文系统介绍了北京正负电子对撞机(BEPC)中近年来进行的电子云不稳定性实验研 究，验证了螺线管磁场、清洗电擞、色品，八极磁铁等措施对电子云不稳定性(ECI)的 抑制作用。为研究北京正负电子对撞机升级改造后(BEPCIl)可能存布的电子云不稳定性 效应，针对BEPCIl的具体条件，以电子云不稳定性尾场理论为基础编写了计算程序，研 究BEPCII前室型真空室中电子云平衡的建立过程，比较了不同条件下的电子云密度；同 时对电子云造成的耦合束团不稳定性和单束团不稳定性进行了计算，确定了电子云耦合柬 团不稳定性增长率和BEPCII中单束团不稳定性发生的束团流强阈值，并提出抑止和减弱 单束团不稳定性的方法，实验和计算结果对BEPCII工程设计、实施其有参考价值。 一、 引言 高能储存环是高能粒子加速器的一种，如粒子对撞机，同步辐射光源或强束流粒子工 厂等。通常其束流能量较高，如1GeV以上，束流较强，如几百毫安以上，束流寿命较长， 一般在几十小时以上，多束团束流运行。特别是在正电子储存环中，由于电子在正电子束 流附近的聚集会引起束流不稳定性发生，影响束流正常运行并制约对撞机对撞亮度，因而 这类束流不稳定性已成为近年加速器物理和实验研究的重要热点课题之一。 由电子云引起的束流效应最早于70年代初在西伯利亚的加速器和CERN的ISR中曾 被观测到IjJ。第一次作为电子云耦合束团不稳定性于1989年在KEK光子工厂中被观测到， 于1995年被称为光电子耦合束团不稳定性口II”，并于1996年在BEPC的观测中得到证实Hl。 近几年在大型粒子对撞机PEPII和KEKB的实验观测中发现电子云导致束团横向尺寸增 加，从而限制对撞亮度15II“。因此，不同抑制方法被提出用来克服和消除电子云不稳定性。 BEPC是最早开展电子云不稳定性研究的加速器之一，近几年的研究主要在电子云的直接 测量和不同抑制措施实验验证方面，实验结果直接证明了螺线管磁场、清洗电极、色品， 八极磁铁等措施的抑制作用。 BEPCII是北京正负电子对撞机的升级改造工程，它将在现有单环结构基础上再增加 一个新的储存环，成为一个双环结构的“工厂”型正负电子对撞机。BEPCII设计的单束团 流强较大(9．8mA)，采用多束团运行(93个束团)且束团间距短(8ns)，正负电子束流能 对于BEPCII如此之高的设计要求，束流稳定性将是非常重要的研究课题之一。特别是由 于正电子环中的电子云聚集而导致的电子云不稳定性很有可能成为亮度制约的“瓶颈”。为 此，我们的研究中对BEPCII束流管道中的电子云密度进行了模拟计算，比较不同抑制措 施下的电子云密度，并计算了耦合柬团不稳定性增长率和单束团横向尺寸增长的阈值，这 些研究结果对BEPCII工程的实施具有重要价值。 t国家自然科学基金10375076)资助 刘瑜冬等：束流Ib了云小稳定性研究 二、BEPC中的实验研究 近年来我们在BEPC中的电予云不稳定性实验研究主要是，利用光电子探测器直接测 量光电子流强随束流强度关系，并分别研究不同螺线管磁场、清洗电极电压、色品、八极 磁铁磁场对不稳定性的抑制作用。BEPC的主要参数见表1。 表1．BEPC储存环主要参数 参数名称 符号 参量 束流能量(GeV) 占 1．3 l工作点 ∥坼 5．82／6．74 柬团间距(m) L蛳 1．5 rad) 134 自然发射度(nm 岛