儲存環

儲存環是一台環形加速器，用以儲存3.5GeV的電子束並發出高品質的同步輻射光，由磁鐵、電源、機械、真空、注入、高頻、束測、插入件和控制等系統組成。

儲存環中的電子束沿著束流軌道循環運動，在磁場作用下改變運動方向時釋放同步輻射；運動中電子束損失的能量則由高頻系統予以補償。

基本介紹

• 中文名：儲存環
• 外文名：storage rings 
• 組成：磁鐵、電源、機械
• 作用：加速粒子
• 要求條件：真空度高
• 工作原理：重複注入粒子

發展歷史

儲存環的建造始於60年代，現在世界上已有數十台不同帶電粒子的儲存環，它們除用於高能物理，重粒子物理外，主要用於同步輻射。

作用

帶電粒子儲存環的主要功能不在於加速粒子，而主要用於積累帶電粒子，即不斷地讓具有較高能量的粒子注入並進行積累，使儲存的束流達到要求值並較長時間地在加速器中循環。當然積累足夠的帶電粒子後也可以將它們加速到更高能量，然後在同一機器內進行長時間的儲存，以供試驗用。

工作原理

束流的積累和儲存在正負電子加速器中較為容易，這是因為正負電子在儲存環中有輻射阻尼現象，束團尺寸會因輻射阻尼而逐漸變小。因此利用這一現象可以重複地注入電子或正電子。當電子從注入器注入到儲存環，且當注入的束團幾乎充滿了儲存環真空室，不能再注入電子時，由於自由振盪和同步輻射以及不斷地由高頻腔給電子提供補充能量，使其自由振盪的振幅越來越小。這一現象叫做輻射阻尼。

其結果使電子的橫向運動振幅按以下規律變化：

式中 為注入時自由振盪振幅， 是自由振盪阻尼時間。

從式中可以看出，經過2—3倍阻尼時間後振幅已變得小得多了，這就意味著束團尺寸已由注入末了時的滿真空室變得只占真空室的十分之一的空間了。因此又可以進行注入使電子充滿儲存環真空室，而後再等待2—3倍阻尼時間，又進行注入，這樣的過程重複多次，即一次又一次地進行注入，最後使儲存環中積累了大量的電子（正電子），這樣就提高了儲存環中的粒子數。

要求條件

由於在儲存環中束流停留時間較長，因此要求真空條件很高，一般需好於10^-7Pa，如西歐中心CERN的交叉質子儲存環的真空度為10^-8Pa。

提高粒子數方法

在儲存環中積累電子的方法不適宜於質子和其他較重的粒子，因為它們沒有輻射阻尼現象，注入過程很難多次進行。注入一次後，一旦儲存環中橫向相空間已被填滿，再注入就不可能了。所以只能用別的辦法提高環中的粒子數，如採用負離子注入，一次多團注入等。

自70年代以來，為了提高粒子數和束流性能，採取電子冷卻和隨機冷卻的方法來提高加速器中的粒子數。所謂“電子冷卻”、“隨機冷卻”是用發射度很好的電子（其速度與質子相等）來冷卻橫向動量較大的質子，最後使加速器中帶電粒子發射度變小，這樣就使加速器的接受相空間空下來用於再一次注入，往復多次可提高儲存環中的粒子數。