双圆筒加速透镜中强流束传输的模拟.pdfVIP

第30卷第3期 计 算 物 理 V01．30．NO．3 CHINESE OFCOMPUTATIONALPHYSICS 2013年5月 JOURNAL May，2013 文章编号：1001·246X(2013)03-0403-06 双圆筒加速透镜中强流束传输的模拟 李超龙1， 石海泉1， 吕建钦2 (1．华东交通大学基础科学学院，江西南昌330013；2．北京大学核物理与核技术国家重点实验室，北京100871) 摘要：用矩阵法分析非强流束流与强流柬流在双圆筒加速透镜中的传输，编写束流在双圆筒加速透镜等元件中 传输的计算程序DCALENS．采用优化方法实现给定的光学条件，用迭代方法计算强流束传输获得自洽解．在不同 束流流强条件下，用DCALENS程序进行模拟计算，并对模拟结果进行比较分析．结果表明：束流流强越大，束流包 络曲线横向发散越显著，空间电荷力越强；柬流流强大于2A时，束流包络曲线发散明显． 关键词：强流柬；双圆筒加速透镜；矩阵法；迭代方法 中图分类号：0242．1；0463；TLS01；TL503．5文献标识码：A 0 前言 强流束的空间电荷力是决定加速器束流动力学的基本因素之一…，低能强流束中束流包络横向扩张的 一个主要原因是束流自身的空间电荷力。在多种高压型加速器里，常用双圆筒加速透镜对束流进行加速，这 种电透镜又经常被安装在离子源引出电极附近，这里离子所获得的能量低，在束流较强时，束流中离子间的 空间电荷力明显，不可忽略不计。当束流在透镜中传输时，束流的自身场与透镜的外加场同时作用于束流中 的离子。自身场是束流的电荷和电流分布的函数，这一分布由于作用于离子上的总的外部力和内部力而发 生变化，同时离子分布的变化又改变力。这样就形成一个封闭环，其中离子分布的变化改变力，同样力改变 离子分布，最后，应当达到一种”自洽”的结果，在计算强流束的传输时求得自洽解是非常必要的。2。。 非强流束在双圆筒加速透镜中传输时，空间电荷力不明显，与外场的聚焦力相比可以忽略，可以用 算口。]。强流束在双圆筒加速透镜中传输时，空间电荷力与外场的聚焦力相比不可忽略，可以用TRACE一 自洽解‘6。123。 本文采用矩阵法分析束流在双圆筒加速透镜中的传输，采用优化方法实现给定的光学条件，采用迭代方 法获得自洽解。 1 传输理论 当束流双圆筒加速透镜传输时，由于束流中离子的轨迹不仅方向改变，而且横向位移也发生变化，所以 其传输矩阵的计算就比较复杂。文中采用差分矩阵法，其基本思想是，把双圆筒加速透镜的有效作用区划分 成若干个小区间。在每个区间内，电场近似看作是均匀的，离子只受到加速或减速，而没有聚焦作用，其传输 矩阵等效于一个均匀加速场的矩阵。而在每个分点上，场的作用看作一个薄透镜。因此，整个双圆筒加速透 镜的传输矩阵相当于每个小区间的矩阵和每个分点上的矩阵连乘所得到的积。 收稿日期：2012—07—10；修回日期：2012—12—09 作者简介：李超龙(1976一)，男，硕士，讲师，主要从事粒子动力学与电磁场数值计算研究；E．mail：clljpx@126．corn 万方数据 计 算 物 理 第30卷 1．1非强流束 当计算非强流束的传输时，不计算空间电荷力，双圆筒加速透镜的分点处z。和第i区间(z㈠，zi)的传输 矩阵分别为Ⅲ1 0 O 0 0 0 l 0 0 0 0 0 1 0 0 0 一!生!![：!± 01+；172一；叼。+；叼