【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，高能物理研究所焦毅研究員團(tuán)隊(duì)在束團(tuán)壓縮器物理設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。
束團(tuán)壓縮器，特別是對(duì)稱的C形chicane束團(tuán)壓縮器，在先進(jìn)加速器光源及對(duì)撞機(jī)中，被廣泛用于產(chǎn)生kA量級(jí)高峰值流強(qiáng)的高品質(zhì)電子束。然而，進(jìn)一步提升峰值流強(qiáng)面臨的關(guān)鍵瓶頸是相干同步輻射效應(yīng)(CSR效應(yīng))對(duì)束流品質(zhì)的顯著影響。針對(duì)該挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次建立了chicane束團(tuán)壓縮器可解的CSR效應(yīng)物理模型；并基于該模型，提出了新型的、天然抵消CSR線性效應(yīng)的非對(duì)稱的C形和S形chicane壓縮器。研究顯示，利用這些新型壓縮器，在將峰值流強(qiáng)進(jìn)一步提升至10 kA以上時(shí)，仍能實(shí)現(xiàn)束流的高品質(zhì)保持。該工作對(duì)現(xiàn)有加速器裝置性能提升以及新一代加速器光源和新一代環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的建設(shè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表于《New Journal of Physics》期刊(一篇)和《Physical Review Accelerators and Beams》期刊(兩篇，其中一篇被評(píng)選為“編輯推薦文章”(Editors’ Suggestion))[1-3]，高能所博士生曾凡聰為第一作者，焦毅研究員，劉偉航高級(jí)工程師，華中科技大學(xué)蔡承穎教授為通訊作者。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
由于CSR效應(yīng)機(jī)制復(fù)雜，如何有效抑制其影響是加速器領(lǐng)域近二十年來長久未決的國際性難題。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人焦毅研究員長期致力于CSR效應(yīng)的相關(guān)研究，并于2014年首次提出了用于解析分析CSR效應(yīng)的“二維-點(diǎn)力”模型及方法 [4]。該方法將彎鐵內(nèi)復(fù)雜的CSR效應(yīng)簡化為水平二維相空間中的一個(gè)“點(diǎn)力”，顯著簡化了彎鐵傳輸段內(nèi)CSR效應(yīng)的束流動(dòng)力學(xué)分析，從而允許解析得到完全抵消CSR線性效應(yīng)的普適性條件。據(jù)此提出的雙彎鐵消色散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其抑制效果遠(yuǎn)優(yōu)于國際同行提出的其他方案。基于該模型和方法，研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)的對(duì)稱型幾何設(shè)計(jì)思路，先后提出了對(duì)CSR效應(yīng)“免疫”的新型束團(tuán)傳輸段設(shè)計(jì)(包括雙彎鐵和三彎鐵消色散結(jié)構(gòu)[4,5])和新型束團(tuán)壓縮器設(shè)計(jì)(包括雙彎鐵消色散和chicane結(jié)構(gòu)[1-3,6])。這些工作形成了系統(tǒng)的對(duì)CSR效應(yīng)“免疫”的束流傳輸系統(tǒng)的理論及設(shè)計(jì)框架，為新一代光源及對(duì)撞機(jī)的電子束高品質(zhì)傳輸設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新思路。相關(guān)模型和方法已在國際下一代大型加速器—未來環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(FCC-ee)、國際首臺(tái)第四代同步輻射光源MAX IV直線加速器驅(qū)動(dòng)的自由電子激光、日本KEK實(shí)驗(yàn)室的能量回收型直線加速器等加速器設(shè)計(jì)中被采用 [7-9]。
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