《射頻超導加速器束-腔作用的物理問題研究》是依託北京大學，由黃森林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：射頻超導加速器束-腔作用的物理問題研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：黃森林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在射頻超導加速器中，相對論性帶電粒子束經過加速腔時激勵起的高階模會導致加速器熱負載的增長、束流品質的退化以及束流崩潰等問題，它是限制射頻超導加速器中束流強度提高的重要因素之一。讓束流沿加速腔的物理中心通過加速器，可以抑制束-腔作用，降低高階模導致的熱負載，改善束流的品質，提高加速器運行時的閾值電流。為實現這一目的，本項目將研究強流粒子束通過加速腔時激勵起的高階模場，發展基於高階模測量的高重複頻率束流診斷技術。與目前常用的束流位置測量手段相比，這種新的診斷技術可以直接、精確地給出束流相對於加速腔的物理中心的位置信息，為控制束流在加速腔中的運動提供重要的依據。在上述研究的基礎上，本項目還將探討基於高階模信號對加速腔中束流的運動進行反饋控制，進而減小束-腔作用的可能途徑。這種充分利用束-腔作用的內在信息對束流進行反饋控制的新方式，將有助於提高射頻超導加速器及能量回收直線加速器等運行時的電流閾值。
結題摘要
近年來，隨著歐洲X射線自由電子雷射裝置及美國SLAC國家加速器實驗室LCLS II自由電子雷射項目的推進，產生高重複頻率、高品質電子束團的超導加速器已成為大型電子直線加速裝置的重要發展方向，研究高重複頻率電子束流經過超導加速腔時的行為也因此具有更為重要的意義。在國家自然科學基金面上項目的資助下，我們著重研究了束流通過射頻超導加速腔時的束-腔作用，包括束流在超導腔內激勵起來的高階模、基於高階模的束流診斷、高階模對束流的影響以及降低束-腔作用、提高射頻超導加速器與能量回收直線加速器裝置運行時的閾值電流的有效途徑等。根據項目研究計畫，我們建立了束流激勵超導加速腔內高階模場的數值模型，搭建了射頻信號激勵超導腔內高階模場的實驗平台及高階模信號的提取與分析系統，建立了電子束流脈衝串激勵加速腔內高階模的解析理論，開展了束流激勵加速腔內高階模的實驗研究；開展了基於高階模的束流診斷的實驗研究以及高階模抑制途徑的研究。不同於之前國際上開展的單束團束流激勵超導腔內高階模的研究工作，本項目首次系統地研究了高重複頻率電子束流在超導腔內激勵起來的高階模；從數值模擬及理論分析兩個方面探討了它的頻譜特點，特別是其譜線中存在的高階模本徵峰及束流諧波峰；建立了解析理論，並在實驗中進行了驗證。本項目也首次提出利用具有中心頻率穩定性且不受模式簡併影響的束流諧波峰來進行束流診斷，並進行了實驗驗證。目前這一束流診斷技術已成功套用於北京大學射頻超導加速器及太赫茲實驗平台的加速腔物理中心準直、束流調試等工作中。項目組也探討了以工藝成熟的9-cell TESLA型超導腔為基礎建設小型能量回收試驗裝置的可行性，發現對設計流強在10 mA以內的小型能量回收直線加速器試驗裝置來說，TESLA型超導腔原則上可滿足要求。這對於未來建設能量回收直線加速器試驗裝置具有一定的指導意義。
