包含辐射阻尼效应的束流纵向微波不稳定性研究.pdfVIP

　第 15 卷 　第 12 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 12 　 　2003 年 12 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Dec. ,2003 　 文章编号 (2003) 包含辐射阻尼效应的束流纵向微波不稳定性研究 1 1 2 葛 　军 , 　林郁正 , 　国智元 ( 1. 清华大学 工程物理系 , 北京 100084 ; 2 . 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100039) 　　摘 　要 : 　包含束团辐射阻尼效应的 FokkerPlanck 方程是比较完备地描述粒子运动状态的束团分布方 程。在 FokkerPlanck 方程的基础上采用微扰展开方法对纵向微波不稳定性的发生机制及过程进行了分析 ,并 且根据计算结果 ,研究了辐射阻尼效应对纵向微波不稳定性的影响。在计算中包含了静态的势阱畸变效应。 计算结果表明 ,包含辐射阻尼效应的纵向微波不稳定性阈值高于没有辐射阻尼效应的不稳定性阈值。 　　关键词 : 　纵向微波不稳定性 ; 　辐射阻尼效应 ; 　模式耦合 　　中图分类号 : TL501 　　　　文献标识码 :A ( ) 　　自从 20 世纪 70 年代初西欧核子中心 CERN 的 F. Sacherer 最早提出了基于 Vlasov 方程解释束流纵向 微波不稳定性的模耦合理论[1 ] 之后 ,许多相关的工作都是在这种理论框架下展开的 ,如美国 SLAC 的 A. W. ( ) Chao 提出的标度定律 Scaling Law 就比较成功地解释了很多环形加速器中流强在阈值以上的束团拉伸规 律[2 ] ,并提出了束团静态分布的水袋模型和双水袋模型。20 世纪 90 年代初日本 KEK 的 K. Oide 和 K. Yokoya 进一步发展了模耦合理论 ,提出束流静态分布的势阱畸变效应对束流扰动分布的影响是不可忽略 的[3 ] 。 　　在电子环形加速器中 , 电子在偏转磁铁处受到垂直于运动方向磁场力的作用产生同步辐射, 由此引起的能 量损失是不能忽略的 ,这就导致了辐射阻尼效应[4 ] 。从宏观角度看能量辐射是一种连续的过程 ,但是从微观 角度讲 ,所有的电磁辐射都是不连续的 ,能量损失是量子化的 ,是一个随机过程 ,因此会引起电子能量不连续的 改变 ,必然会扰动电子的轨道及其在束团中的分布 ,即电子在相空间的振荡幅度发生变化。量子激发过程伴随 着辐射阻尼的现象 ,需要包括在束团分布的研究中。 1 　包含辐射阻尼效应的束团分布函数方程 　　从粒子纵向运动方程可以得到束团纵向分布的 FokkerPlanck 方程。在环形加速器中完整的粒子纵向运 动方程[2 ] 是 δ ω ( ) d 1 s 2 2 e V z ( ) δ Γ( ) ( )