导师序言 自1947年同步辐射在电子同步加速器上被观察到以来，基于加速器的先进加速器光源已经成为科学研究的重要平台，在人类科学发现和技术进步中发挥了至关重要的作用。基于电子储存环的同步辐射光源及基于高亮度电子束的自由电子激光装置是目前先进加速器光源的主要形式。2010年，Ratner 和 Chao 提出了一种可以兼顾同步辐射高重频和自由电子激光高峰值亮度的新加速器光源方案——稳态微聚束（SSMB）光源。2021年，清华大学主导的国际研究组实验验证了SSMB原理。研究表明，SSMB光源在产生从太赫兹到软X射线波段的大功率辐射光方面具有巨大的潜力。 SSMB光源的物理核心原理是：在特殊设计的电子储存环中，产生并稳定储存纵向长度远小于辐射波长的电子束团。这些超短电子束团会在扭摆磁铁中产生相干辐射，其辐射功率正比于束团内电子数目的平方。比如，要实现极紫外（EUV，13.5 nm）波段的相干辐射，束团长度通常要求小于3 nm，比传统同步辐射光源中的束团长度小了接近6个数量级。要让如此短的束团稳定地以光速在储存环中运行，使得对束流纵向动力学的深入研究成了研制SSMB光源的重要任务之一。 本书从分析电子储存环中电子的单粒子运动出发，重点论述了SSMB光源储存环的几个纵向动力学方面的问题。 本书通过引入纵向Courant-Snyder参数，给出了平面型磁聚焦结构储存环六维单圈传输矩阵在包含纵向Twiss参数下的表达形式。在考虑线性动力学、同步辐射、量子激发的情况下，给出了纵向聚焦元件在无色散位置时，平面型储存环的三维稳态发射度。分析了储存环中典型的各类二极场元件对稳态纵向发射度的贡献及储存环的理论最小纵向发射度，给出了一套基于本征Twiss参数的电子储存环稳态纵向发射度优化方法。 激光调制器（LM）是电子束在扭摆磁铁的周期性磁场和激光光场共同作用下实现激光电场对电子束能量调制的部件。其作用类似于现今储存环中的射频腔，但激光与扭摆磁铁的共同作用可为束团纵向提供长度为激光波长尺度的微势阱（micro bucket）。另外，被LM能量调制后的电子束团在纵向强聚焦作用下，还可产生纳米级长度的稳态微束团。本书对LM进行了详细分析，给出了LM的传输矩阵与激光、波荡器参数之间的理论关系。在分析了SSMB纵向强聚焦线性理论的基础上，给出了利用双LM实现纳米级超短束团的物理设计。 基于对SSMB光源中纵向动力学的理论研究，本书建立了一套完整的SSMB光源储存环全环优化程序。利用该程序，给出了清华大学SSMB-EUV光源纵向强聚焦储存环的物理设计方案。对储存环的超周期结构、波荡器参数、LM数目、LM参数以及压缩段等进行了优化，给出了SSMB 纵向强聚焦储存环布局参数及托歇克寿命等。并在对纳米级长度束团的波荡器辐射特性分析的基础上，给出了清华大学SSMB-EUV光源纵向强聚焦方案的辐射功率优化结果。 本书对基于纵向强聚焦原理的SSMB加速器光源进行了比较详细的论述，不但为加速器专业的读者提供了储存环纵向动力学的物理分析与优化方法，也为有兴趣了解SSMB新原理加速器光源的科研人员提供了一个较为全面的参考。 唐传祥 清华大学工程物理系 2023年10月

• 暂无课件
• 样章下载
• 暂无网络资源

扫描二维码
下载APP了解更多

版权图片链接