在GSI的新項目國際重離子、反質子加速器科學研究裝置的藍圖中，現有的重離子同步加速器SIS將作為前級提升束流的強度和能量。
基本介紹
- 中文名：SIS同步加速器
- 外文名：SIS synchrotron
- 套用學科：能源工程
- 範疇：工程技術
概述,發展歷程,
概述
在GSI的新項目國際重離子、反質子加速器科學研究裝置的藍圖中，現有的重離子同步加速器SIS將作為前級提升束流的強度和能量。束團的縱向穩定性是保證可靠的強流運行所必須回答的問題，包括以下內容，在本文中分別進行了探索和解答：縱向的重離子加速器環境阻抗模型；在可能的阻抗條件下束流線性穩定性；在阻尼及不穩定性效應下束流相空間分布的演化行為和結果（發射度增長、粒子丟失等)及其內在機制；對不穩定性和束流相空間稀釋效應進行控制的可能性。
不同流強下束流縱向相空間測量，這是本論文工作的一個重要基礎。自洽的Vlasov束團模型（任意外場加空間電荷效應下的束流匹配)和實際運行中的非理想捕獲過程（有限的高頻電壓上升時間，對應不同的絕熱係數），作為任何束團運行和穩定性研究的前提分別在論文中得到了釐清。解析方面的工作包括定態和微擾理論，即將線性Vlasov方程套用於束團，並在適當的近似下得到簡潔的解析方程。經過重新推導，得到了修正的Sacherer積分方程，使之在強空間電荷效應下的仍然適用，由此得到了線性穩定圖。編寫調試成功了PIC（particle-in-cell)算法的模擬程式，和線性理論相互校驗，並與已得到的實驗結果進行了對比，對實際運行中複雜過程進行了模擬，並研究了不穩定性發展後期非線性階段。線性理論，模擬和實驗結果有很好的一致性。
在SIS實驗中觀察到一種流強相關的束團相干模式演化現象，該現象揭示出束團中朗道阻尼條件，這與束團穩定性密切相關。對空間電荷抑制朗道阻尼效應及發射度增長進行了細緻研究。提出用快反饋裝置控制相空間稀釋的思路。
線性理論和模擬的結果都預言，在阻性阻抗和空間電荷阻抗存在下，耦合束不穩定性是SIS多束團強流運行的潛在威脅。阻性阻抗來自管壁及加速器部件的有效導電性或特殊共振結構，或直接來自頻率偏置的高頻腔。阻抗補償或特殊的束團操作可以用來控制耦合束不穩定性。
發展歷程
GSI是德國國家研究體系HcrmannvonHelmholtz-GemeinschaftDeutscherForschungszentren（HGF）的16個成員之一。該實驗室以重離子加速器為主要工具從事基礎物理、套用以及相關的自然科學規律的研究。實驗室的加速器裝置包括多用途直線加速器UNIversalLinearACcelerator：UNILAC（1975年出束）、分別在1989/90齣束的重離子同步加速器heavy-ionsynchrotron：SIS（提及新項目時常被稱作SIS18）和實驗儲存環experimentalstoragering：ESR。
GSI又是一個包括世界各地1000名料學家的國際團體，運用其重離子實驗裝置進行多領域的實驗和理論研究。研究領域涵蓋：核及強子物理包括核反應、奇異核、超重元素及核結果等等；利用離子冷卻、離子阱及雷射技術的原子分子物理；用於重離子實驗的皮瓦量級高能雷射裝置PetawattHighEnergyLaserforHeavyloneXperiments：PHELIK；電漿物理及束流物理；材料科學；重離子生物效應：重離子對細胞、染色體及DNA的生物物理學效應和腫瘤的重離子放射治療等。
GSI的歷史由1963-1970UNILAC在海德堡的概念性設計和在達姆施塔特的建造開始。1981年UNILAC擴充了兩個Alvarea結構。SIS和ESR設計建造於1985-1990。1987年GSI的加速器系統啟用了能量切換分時共享模式。新增添的高電荷態注入器前端High-Charge-stateInjector:HLJ在1992年首次運行，從而實現粒子種類切換分時共享模式。1999年UNILAC的主體進行了流強升級，舊的前端更換為高流強注入器High-CurentIujector（HST）。
1996年SIS的控制系統升級以用於重離子放射治療。腫瘤的光柵掃描治療要求重離子束的能量可以在每個同步加速器運行周期改變。在SIS，255個所謂“虛擬機器”，就是以同步加速器運行周期為單位不同能量不同流強的束流，可以被相同或不同的用戶使用。1995-1997GS1進行了機器鍛鍊，旨在SIS空間電荷流強限的運行。
ESR的首次電子冷卻在1990年運行，首次隨機冷卻運行在1997年。電子冷卻和隨機冷卻在這裡是第一次被套用於高能重離子束。一項最引人注目的套用之一就是冷卻“熱”的、來自初級束打靶發生碎裂或裂變反應得到放射性次級不穩定核束流。從此可以得到前所未有的束流品質並開啟一項新的研究領域。
現在提出的國際重離子、反質子大科學裝置正是基於GSI已有經驗並加上新的技術概念如快循環超導磁鐵等。新項目的原則目標是為歐洲科學界提供世界獨有並且技術新穎的加速器體系，用以研究物質基本結構的未來前沿科學及交叉學科。
