电子冷却装置中电子的运动及收集

电子冷却能够提高储存环中离子的相空间密度、改善离子束流品质，获得高品质的离子束。快速、有效的电子冷却要求电子冷却装置产生高流强、高准直性、低温的电子束，而得到这样的电子束受电子冷却装置内电、磁场空间分布的影响。另一方面，长期、稳定、低能耗地运行，要求电子冷却装置具有高效率的电子束收集系统。本文从电子冷却原理以及提高电子冷却效果的途径出发，阐述了日子冷却对电子冷却装置内电、磁场空间分布的设计要求，初步设计了HIRFL-CSR两个环的电子准却装置。电子横向温度由电子枪阴极温度、高压电源的不稳定度、电极度几何结构以及磁场分布决定，具体反映在空间电荷场、电子枪及加速区的径向电场、磁场的不均匀性等方面。采用数值模拟方法着重研究了磁场误差对电子横向温度的影响；电子束的绝热展开，电子束通过弯曲螺线管后温度的变化规律以及电子束在收集器区域的运动规律。通过数值模拟计算，获得了允许的磁场误差、弯曲螺线管工作磁场与电子束能量的依赖关系、电子束绝热展开与磁场组态的关系以及达到最侍收集效果时收集器的电、磁参数，为CSR电子冷却装置的设计及运行提供了依据。用电子冷却模拟程序计算了冷却时间随冷却段长度、冷却段磁感应强度、磁场平行度、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最优参数。