资源描述：
《交变极性聚焦磁场抑制corkscrew运动的机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第13卷 第4期强激光与粒子束Vol.13,No.42001年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJul.,2001文章编号:100124322(2001)0420503205①交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理1,213石金水, 林郁正, 丁伯南(1.清华大学工程物理系,北京100084;2.中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900;3.中国工程物理研究院,四川绵阳621900) 摘 要:分析了对强流相对论电子束采用交变极性聚焦磁场聚焦存在稳定解的条件,提出了采用
2、交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理。数值计算结果表明,在采用交变周期为1m、峰值磁场设为0.2T的情况下,对于能量为12MeV的电子束,当聚焦布局长度为2.8m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端);对于能量为20MeV的电子束,当聚焦布局长度为4.5m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端)。 关键词:交变极性聚焦;稳定解;Corkscrew运动 中图分类号:TL501.2文献标识码:A 高分辨率的X射线照相需要将数kA的强流相对论电子束聚焦至轫致辐射转换靶上,形成小而稳
3、定的焦斑。在理想的聚焦情况下,电子束可以被会聚成一点,但空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差等诸多因素的影响,将使得电子束的最小焦斑尺寸受到限制。而束质心的Corkscrew运动的影[1,2]响,不仅使得束焦斑尺寸增大,而且造成束击靶位置的稳定性变差和焦斑形状的畸变。[3] 两种耦合着的因素将决定Corkscrew运动振荡的剧烈程度,一是束质心轴与螺线管磁轴的偏移,另一因素则是束脉冲期间的能散度。前者是由于束脉冲期间束质心位移同螺线管磁轴和束管道几何轴存在一定的偏移,后者则是由于加速腔所提供的加速电压波形非理想方
4、波所致。因此,抑制或缓和Corkscrew运动对束传输和聚焦的影响,通常都是从上述两因素着手,即提高束质心轴、螺线管磁轴和束管道几何轴三轴间的对中精度,以及减小加速电压脉冲平顶的波动和提高该脉冲前后沿的陡度。但加工精度、安装精度和磁轴校正精度,及阴极发射体发射电流密度分布的随机性等因素的制约,使得束质心轴与螺线管磁轴仍存在一定的偏心。此外,阴极发射体通常采用天鹅绒(直线感应加速器二极管中通3[4]常采用的一种发射体),此类发射体的发射阈值较低,可低于4×10kVöm。这样,加载于二极管的加速电压脉冲宽度无论是小于后加速脉冲
5、宽度还是等于后加速电压脉冲的宽度,被传输束脉冲的前后沿的能散度均较大。因此,在实际过程中,为提高照相的精度,仍期望寻找其它有效手段对Corkscrew振荡的幅度进行抑制,甚至将束脉冲前后沿振荡幅度较大部分的束流予以剔除。 本文提出的利用交变极性磁场聚焦抑制Corkscrew运动,一方面可抑制束脉冲顶部Corkscrew振荡的幅度,并提高电子束打靶位置的稳定性;另一方面通过聚焦布局的精心设计,可剔除束脉冲前后沿能散度较大的束流部分。这一方法的采用,将对提高接收图像的分辨能力具有非常重要的意义。1 在交变极性聚焦磁场下电子运
6、动的轨迹方程及其稳定解条件 交变极性聚焦磁场布局是将螺线管在束输运线上按场方向互为相反交替排列。取直角坐标系,对称轴为z轴,假定磁场沿对称轴z的分布近似为Bz=B0sin(kz)(1)式中:B0是轴上峰值磁场强度;k=2PöK,K为磁场方向交替变化的周期。那么,电子在该轴向磁场中的回①收稿日期:2000201220;修订日期:2000204203基金项目:国防科技基础研究项目资助课题作者简介:石金水(19642),男,清华大学博士生,副研究员,从事核技术及其应用研究;绵阳9192106信箱。©1995-2005Tsing
7、huaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.504强激光与粒子束第13卷eB0旋波数kc=2sin(kz)=k0sin(kz),这里,eöm0为电子的荷质比,c是光速,C是相对论因子,B=BCm0cvöc(v是电子的速度)。_5Bz5By5Byx’y’ 由ý·B=0及轴对称性,有≌-2=-2,于是Bx≌-Bz,By≌-Bz。这样可得5z5x5y22到电子在(1)式所示磁场分布下的轨迹方程e’2x"=[y’Bz-(1+x)By+x’y’Bx](2)mza由于x’y’B’2
8、x’a,因此x-xBy=Bz(xy’-x’y)≈0,v≈z2’yx"-kcy’-kc=0(3)2同理可得’xy"+kcx’+kc=0(4)2定义N=x+iy,则有’NN"+ikcN’+ikc=0(5)2zi设N=8exp{kcdz},则有2∫02k08"+[1-cos(2kz)]8=0(6)8该方程为M
