CSR电子冷却中电子束的空间电荷效应研究

电子冷却是利用具有相同平均速度运动的强流冷电子束与热的离子束在储存环的一小部分相互重叠，通过多次库仑相互作用，达到降低束流发射“度和动量散度，改善束流品质的一种有效方法。HIRFL-CSR就是采用电子冷却方法迅速压缩储存环中离子束的横向包络、发散角和纵向动量散度，从而获得高品质的重离子束流。论文论述了两体碰撞模型，得到了冷却力和冷却时间的解析表达式；并以此为依据，编程模拟了冷却过程对储存环中离子束发射度和动量散度的影响。本论文的重点是通过求解强流电子束自身的空间电荷场，得到了电子束速度的径向梯度分布；获得了电子束在自身空间电荷场和螺线管纵向磁场的作用下产生横向漂移速度和由此引起的电子束横向温度的变化。为了减小强流电子束的空间电荷场，CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。分析了空心电子束的空间电荷场，研究了其对电子束速度和电子束温度的影响，并将结果与实心束的情形进行了详细地比较。与此同时，利用电子束密度的K-V分布，研究了强流电子束在纵向螺线管场中运动的包络方程，采用数值计算方法，得到了CSR电子冷却系统强流电子束在冷却段螺线管中的包络振荡特性。另外，论文还对电子冷却在储存环中的附加影响进行了一些探讨。从Betatron运动方程出发研究了斜四极场和螺线管场存在时束流的幅度的耦合效应，理论上分析了斜四极场存在时束流发射度的变化；通过求解储存环中粒子束的空间电荷场，计算了CSRm中的粒子束空间电荷效应造成的储存环工作点的移动；对于强流电子束空间电荷场对储存环的频移大小也进行了分析；此外，对电子冷却对储存环中束流寿命的影响进行了初步研究。论文最后对CSrm35keV电子冷却系统的机械安装、磁场的测量以及初步的调试结果也给予了介绍。