CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性Ξ-强激光与粒子束.PDF

　第 16 卷 　第 3 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 16 ,No. 3 　 　2004 年 3 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Mar. ,2004 　 ( ) 文章编号 : 2004 CSR 电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性 1 ,2 3 3 3 3 3 3 3 夏国兴 , 　夏佳文 , 　殷学军 , 　武军霞 , 　刘 　伟 , 　杨建成 , 　赵红卫 , 　魏宝文 ( 1. 北京大学 重离子物理研究所, 北京 100871; 2. 重离子物理教育部重点实验室, 北京 100871; 3. 中国科学院 近代物理研究所, 甘肃 兰州 730000) 　　摘 　要 : 　HIRFLCSR 的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区 , 由于 强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用 ,使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包 络方程 ,研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明 :对于不同的电子 束能量和磁场 , 电子束包络的振荡频率也不相同;在相同的条件下 ,磁场越强 , 电子束包络振荡幅度越小, 电子 束能量越大 ,其包络的振荡频率也越快。 　　关键词 : 　电子冷却; 　空间电荷场 ; 　包络方程 ; 　强流电子束 　　中图分类号 : 　TL56 　　　　文献标识码 : 　A 　　HIRFLCSR 是兰州重离子回旋加速器系统的升级项目 ,它采用电子冷却方法迅速压缩储存离子束的横向 包络、发散角和纵向动量散度 ,从而获得高品质的重离子束流。 　　在冷却段螺线管区域 , 由于强流电子束的空间电荷效应,使得螺线管区域的电子束包络出现振荡现象 ,如 果电子束空间电荷效应作用太强 ,或者磁场的聚焦作用较弱 ,就会出现电子打到真空壁的情形 ,造成电子的损 失 ;另外 , 电子束包络的大幅度振荡也会造成离子束的不稳定,从而降低了冷却效率。 　　本文分析了 HIRFLCSR 电子冷却系统强流电子束在螺线管中的包络方程, 采用电子束密度的 KV ( KapchinskijVladimiskij) 分布 ,计算得到了在空间电荷效应存在时电子束的包络变化大小 ,并研究了包络振荡 特性随电子束参数以及聚焦场特性的变化。 1 　强流电子束在螺线管中的包络方程 ( ) ( ) 　　如果电子束为连续束 ,它的相空间可以用一个四维超椭球来描述。投影到 x , x ′和 y , y ′相平面的相图 均为椭圆。设电子在四维超椭球中成 KV 分布[1 ] , 即电子均匀地分布在四维超椭球的表面上 , 当空间电荷效 应存在时 ,可以得到的束流包络线方程为[2 ] 2 Π ε 2 2 x