HIRFL-CSR实验环电子冷却装置参数优化

HmFレCSR实验环电子冷却装置参数优化1.中国科学院近代物理研宄所，兰州市31信箱7遍，12俄罗斯科学院核物理研宄所，新画白利亚630090，俄罗斯感应强度磁场平行度电子密度电子束半径电子温度的变化规律，并分析了影响冷却时间的因素，获得了电子冷却装置*优参敦电子冷却方法是由8以在六十年代中提出的，其基本原理是以相同平均速度运动的电子束与离子束通过库仑作用将相对较热的离子束的能量转移到冷的电子束，从而降低离子束的横向发射度和纵向动量分散，*后离子与电子的温度达到平衡冷却作用的强弱及快慢由冷却力和冷却时间来描述，冷却力不仅与储存环光学参数被冷却离子束的质呈和电荷态初始参数有关，而与冷却装置本身的效长度磁感应强度以及磁场平行度关，更是，与电子束的密度半径及横向温度7有关这些参数方面受到储存环及相关技术水平的限制，另方而它们之间相互制约电子冷却装置中电子束的品质由电子束的温度来衡量般来说，由热阴极发射的电子，其横向温度为0.幻，电子经加速及通过弯曲螺线管到达冷却段时，其横向温度约为，126由于静电加速，电子纵向温度约为0.幻为了获得较低的横向温度，电子束放在由螺线管产生的纵向磁场中，磁场磁化了电子束的横向运动，这种现象称为磁化效应，其结果是离子与冷的拉摩环作用，而不是与自由电子作用，当自由电子的温度为200KI.h拉摩环的有，`llllllm为lK，这个ll池j，纵向，冷却快速辨似1仙1较，1温度的电子，不会降低冷却力1冷却力与冷却时间在有限的磁场青况下，冷却力1的公式为其中心为电子密度，为电子电荷，讲。为电子质量，所，为质子质量，2为离子电荷数，4为离子质量数为运动坐标系中离子速度在冷却之前，离子速度远大于电子速度=，+12为电子纵向速度1；和山于横向磁场电场作1的电子横漂移速度1.的合成=1.，4，+1为*大碰撞参数，这里v=士为电子束巧请频率妃离子单次出今却段的时间勹为*小碰撞矣数，冷却时间可以用以下经验公式2描述斯，为储存环平均半径，冷却段长度，4为相对论因子2，电子束密度，9离子与电子在冷却基金项目国家重大科学工程比沿，3扮令却储存环项目资助段的角分散可以看出，冷却时间不仅与冷却段的长度离子种类以及电子密度有关，而且与离子动能有关2HIRFLCSRSa，油两个储存环仙1主环，1目尸离子剌累积加违，实验环5；叫于内靶实验，作为高精度高分辨率的探测器，电子冷却系统的主要参数13储存环光学参数付于给定发射划1动遣分散1喊广丽言，1.1数以后记为叫和色散函数决记代尺寸和角度分散从式2可以看出，冷却时间与离子和电子之间的角度分散9成次方关系，当离子与电子平均速度匹配报好时，只由离子和电子的，度分散给出，当电子温度乃为0.1时，其角度分故为，向和垂直方向当离子角度分散大于电子角度分散时，较大的函数可以提供较快的电子冷却；但离子束尺寸接近电子束尺寸时在于空间电荷作用很难达到离子电子速度之间的匹配而造成冷却力的减弱函数还决定离子束的大小取色散函数乃决定了离子轨道的潘量，为了获得*强的冷却，电子冷却装置般位于储苗色散函数为零的直线节函数值淘在1左右4离子束参数从公式1中得知，冷却力与离子电荷数2成平方关系，与质量数成反比从公式2中得知，冷却时间与离子和电子平均运动速度〉=，有关对于同种的离子，其它参数相同情况下，能量越高，冷却时间越长可以从电子束密度来分析，对于固定长度的电子冷却装置而言，相当于静止于储存环中短；电子束密度越小，与离子相互作用的电子数越少，冷去舴用越弱5冷却段长度以离子肀均速役运动的屯子束放过环中的。段直线节内，电产束占据离丹九道的部分越大，离户越快波冷却，1为冷。潘冷却段长度变化规扑，6电子冷却装置磁场参数由于电子束内散射加热电子从而导致高电子流强下冷却能力的下降，提高磁场方面降低了电子束的横向漂移速度另方面，更好地磁化电子横向运动，缩小了拉摩环的半径在强磁场情况下，可以提高电子束流强获得迎酌冷却作，2为冷却时间随冷却段磁感应强度的变化规出磁场越强。冷却，间越挝在高能情况下，冷却段螺线管线圈的不准直引起子速度，=1对于3的实验环，231+服，碰量4腿，如果8那么有效速度为1沾=3103，相应的有效温度为53也就是说如果5诏10，冷却率就会下降7电子束参数如果电子冷却装置中没有其它的引起电子横向运动的因素，只有电子束的空间电荷效应，那么，方程1中的有效速度，为电子在磁场5中的漂移运动速度=2儿历，儿为电子束半径从方程1中似，出，增大电干束密度舞利于0子冷却，当，=，冷如力达到*大值。，佳的电，1密度为写为实用单位形式对于400肘，的239相应的电子能量为219.44实验环的果电子束半径为0.025叫那么*佳的冷却要求电子流强达到33，冷却力受到电子密度和有效温度的限制，当提高电子密度时，由于空间电荷作用和束内散射增大了电子子束半径小而流强大的情况下中实心圆，电子密度较高，但由于与离子作用的面积有限，而不能有效徽靖惠，半碰局凝虽姆，咿中骓1漏，如子密度较低，冷却时间变长5给出了固定电子束半径改变电子束流强，冷却时间的变化规律随着流强增大，冷却时间迅速缩短，但并不是随着电子密度的增加而持续降低，而是存在*佳值，流强超过这个值之后，再增大流强并未缩短冷却时间形或椭圆形状，如果电子束将离子束完全，住，那么要求电子束的尺寸非常大，而冷却装置所能提供的*大电流值是有限的，增大电子束半径就意味着降低电子密度在保持电子密度不变的情况下，当电子束半径超过某价。冷却，扣不随半降史化如，将电子束尺寸设定为略小于椭时01自略大于榈圆的奴萦。就可获得较的电子密度电子束如果太大。于离子振荡的幅值，限。将不会4处于大半径的电相互作甩，电子束的尺寸小于初始离子束的尺寸澍于大幅度的离子泠却效率随电子束的减小变化非常慢而对于，度在电子冷却段，电子的横向运动由两部分组成，种为电子围绕磁力线的拉摩运动，它由阴极温度即初始能量及电子由阴极经加速段偏转元件适力至冷却段过程中横向电场磁场引起的横向运动所决定另种为在冷却叉电磁场中的漂移运动，7给出了电子拉摩运动对冷却时间的影响磁化冷却过程对电子束横向温度不敏惑，电子束横向温度对冷却景多向不大在模拟计算中，采用相同的初始离子束尺寸，3，7中函数为7.52，4，5，6中函数为14.。即前者的初始发射度为后者的倍。

在储存环中，离子俘获电子是离子损失的主要途径，离子与电子的相对速度越低，俘获几率越大冷却后，离子束的能量分散很小，尺寸也很小，正好位于电子束中心区域，而这里的电子同样具有很小的能量分19942015ChinaAcademicJoumalElectronic散，离子俘获电子的几率迅速增大，对电子束横向温度非常敏感，由此可以考虑用空心电子束，方面，可以将离子七冷却到励参数方面降低离子作获屯子的可能性文献2，出的扪1以1冷却实验结果明，相同种类的离子，电荷态不同，损失率不同；损失率随电子束流强呈线性变化趋势，不同电荷态的曲线斜率不同8结论在低能情况下，电子束密度要达到*佳值，高能情况下，电子束密度要尽可能高；冷却段长度尽可能长；电子束半径略小于离子束*大半径；电子束温度尽可能低；冷却段磁场大于1了，平行度好于14，才能获得*短的冷却时间