强流扇聚焦回旋加速器中空间电荷效应的研究

本文比较系统地介绍了扇聚焦回旋加速器内部的束流动力学及其注入系统的一般理论，并结合两台具体的扇聚焦回旋加速器的设计讨论了在回旋加速器以及静电反射镜内空间电荷效应对束流的影响。第一章简单介绍了回旋加速器的发展历史及分类、强流回旋加速器的应用，加速器驱动系统ADS(Accelerator Driving System)、能量放大器EA(Energy Amplifier)方案以及本文工作的主要内容。第二章首先介绍了扇聚焦回旋加速器的基本理论，包括扇聚焦回旋加速器内的轨道理论(静态平衡轨道及加速轨道性质)以及相空间的描述方法等。然后详细讨论了回旋加速器内空间电荷效应的影响及研究方法，包括空间电荷作用下粒子的运动方程、空间电荷电场的不同种类、求解空间电荷电场的基本方法和模型以及空间电荷效应对束流轨道特性和相空间传输特性的影响等。在本章的第4节中，介绍了两台强流扇聚焦回旋加速器(50MeV-6mA H_2~+超导扇聚焦回旋加速器和17MeV-2mA H~-扇聚焦回旋加速器)的具体设计步骤和计算结果,讨论了这两台扇聚焦回旋加速器中加速轨道和相空间的传输以及空间电荷效应的影响。最后，简单介绍了设计时所使用的两个计算程序AGORA_SCE和CINEZ_SCE。第三章首先简单介绍了用于扇聚焦回旋加速器的各种注入方法以及在轴向注入时所采用的不同种类的静电偏转镜。然后详细介绍了目前最常用的螺旋扇型静电偏转镜的基本工作原理，如参考粒子的运动轨道及偏转镜的光学性质等，讨论了螺旋线型静电偏转镜中空间电荷效应的影响。最后仍然以50MeV-6mAH_2~+和17MeV-2mA H~-这两台扇聚焦回旋加速器为例，对它们的静电偏转镜进行了设计，并分别研究了它们在空间电荷效应影响下的轨道特性及相空间传输特性。第四章简单介绍了工作中所用到的一些计算工具，如三维电磁场计算程序MAFIA以及等时场分析程序EQUIL，并给出了17MeV-2mA H~-扇聚焦回旋加速器的等时场的计算结果。论文的最后部分简单总结了本文的工作，并提出了今后进一步的工作设想。