CSR电子冷却系统电子束空间电荷效应对电子束温度的影响.pdfVIP

　第 15 卷 　第 5 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 5 　 　2003 年 5 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS May ,2003 　 文章编号 : (2003) CSR 电子冷却系统电子束空间电荷效应对 电子束温度的影响 1 ,2 1 1 1 1 1 1 1 夏国兴 , 　夏佳文 , 　杨建成 , 　武军霞 , 　刘 　伟 , 　殷学军 , 　赵红卫 , 　魏宝文 ( 1. 中国科学院 近代物理研究所, 甘肃 兰州 730000 ; 　2 . 中国科学院 研究生院, 北京 100039) 　　摘 　要 : 　通过求解电子冷却系统中冷却段漂移管区的强流电子束产生的空间电荷场 ,研究了电子束空间 电荷效应对电子温升的影响。结合 HIRFLCSR 电子冷却系统的典型参数,得到了电子在自身空间电荷场和 纵向螺线管磁场组成的交叉场作用下产生的漂移速度和由此引起的附加温度大小 ,并指出减小电子束空间电 荷效应的方法。 　　关键词 : 　电子冷却; 　空间电荷 ; 　冷却效率 ; 　漂移速度 ; 　温升 　　中图分类号 : 　TL56 　　　　文献标识码 : 　A 　　电子冷却是采用以相同平均速度运动的强流冷电子束与热离子束在储存环的一小段上相互重叠 ,通过库 仑相互作用 ,冷的电子束将离子束的一部分热量带走 ,从而达到降低束流的发射度和动量散度 ,改善束流品质 的目的。兰州重离子加速器冷却储存环 HIRFL - CSR 就是利用电子冷却方法迅速压缩储存环中离子束的横 向发射度、发散角和纵向动量散度[1 ,2 ] ,从而获得高品质的重离子束流。 　　电子冷却理论表明 ,束流的冷却率与电子束的温升紧密相关[3 ] 。因此 ,为了缩短冷却时间 ,获得高的束流 冷却率 ,就对电子束的温升提出限制要求。但是 , 由于强流电子束自身的空间电荷效应,它引起了电子束径向 速度的梯度分布 ;并且由于冷却段纵向磁场和电子束空间电荷场的联合作用 , 电子产生了方位角漂移速度 v d , 造成了电子束的温升 ,降低了冷却效率[4 ] 。本文分析了强流电子束空间电荷场的作用 ,研究了其对电子束温 升的影响 ,并计算了 HIRFLCSR 电子冷却系统中电子在自身空间电荷场和纵向螺线管磁场组成的交叉场作 用下产生的漂移速度和由此引起的附加温度大小 ,并指出减小电子束空间电荷效应的方法。 1 　电子在冷却段漂移管中的空间电荷场 　　为了简便 ,设电子束为一圆形束 ,半径为 r0 ,在 半径为 rc 的真空漂移圆管内沿轴向运动 ,且圆管的 电势为地电位,如图 1 所示 ,则电子束的密度为[5 ] 3/ 2 2 2 π β π β ( ) n = p U / e r c = I / e r