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用于自由電子激光器(FEL)的混合型波蕩器研制

發(fā)布時(shí)間: 2016-07-18  點(diǎn)擊次數(shù): 716次

波蕩器是相對(duì)論性電子束與光場(chǎng)相互作用的區(qū)域,在FEL研究中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)電子束品質(zhì)(能散、發(fā)射度、流強(qiáng)等)一定的情況下,波蕩器的性能參數(shù),如峰值場(chǎng)強(qiáng)、好場(chǎng)區(qū)大小等將直接決定FEL增益。波蕩器按幾何結(jié)構(gòu)可分為平面型波蕩器、錐化型波蕩器、螺旋型波蕩器等;按使用材料可分為永磁波蕩器、混合型波蕩器及電磁波蕩器等。中物院FEL現(xiàn)主要進(jìn)行100m遠(yuǎn)紅外FEL.磁極材料為FeCoV,飽和磁通密度為2.4T;永磁塊材料為NdFeB,剩磁為混合型波蕩器磁路結(jié)構(gòu)示意。2衡量波蕩器性能的參數(shù)指標(biāo)2.2.1峰值場(chǎng)強(qiáng)隊(duì)峰值場(chǎng)強(qiáng)褚是指在一定的間隙條件下,該波蕩器的磁場(chǎng)所能達(dá)到的zui大值。該參數(shù)主要體現(xiàn)了波蕩器在磁性能方面的能力,它與波蕩器參數(shù)尤存在以下關(guān)系:々為波蕩器周期長(zhǎng)度,本項(xiàng)目FEL混合型波蕩器的々=3.2.心。另外,峰值場(chǎng)通密度B還通過波蕩器參數(shù)K與放射波長(zhǎng)2、電子束能量yw0c2、波蕩器周期長(zhǎng)度々存在下面的關(guān)系:2.2.4單電子小信號(hào)增益與理想增益的比率FEL的一個(gè)重要性能指標(biāo)是小信號(hào)增益,它表示在小信號(hào)狀態(tài)下光場(chǎng)與電子束相互作用后的能量增長(zhǎng)程度。平面波蕩器的小信號(hào)增益可由下式來估算:對(duì)于類似中物院FEL混合型波蕩器這樣的平面型波蕩器,則需用K2/2替換上的K2.其中,K滿對(duì)于中物院FEL混合型波蕩器,波蕩器周期N=38,K=0.967,則要求AK/K小于1.36%. 2.2.3單電子軌跡模擬中心偏移為了衡量波蕩器磁場(chǎng)分布的好壞,在波蕩器調(diào)試過程中常采用模擬中心束線(波蕩器對(duì)稱中心線)單電子軌跡的方法來進(jìn)行判斷。由于電子束團(tuán)與光場(chǎng)的有效換能需要電子束團(tuán)的橫向運(yùn)動(dòng)始終位于光束的包絡(luò)之內(nèi),也就是電子束團(tuán)在波蕩器磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡必須位于光束的包絡(luò)內(nèi)。假定電子束線與波蕩器中心線嚴(yán)格重合,則電子束在波蕩器作用段的軌跡中心偏移zui大允許量,應(yīng)為束線上各點(diǎn)光斑半徑與電子束橫截面半徑之差取zui小值。對(duì)于正在進(jìn)行的100m遠(yuǎn)紅外自由電子激共10個(gè)點(diǎn)的Bz值。

  3.2優(yōu)化組合及排序如所示,由于磁路中不同磁極(軟磁)之間性能差異不大,只起導(dǎo)出磁通的作用,磁極上的磁場(chǎng)主要決定于左右兩塊永磁(磁塊)磁通的疊加,因此優(yōu)化組合數(shù)據(jù)處理時(shí)忽略了磁極的影響,考慮由磁塊直接緊密相接時(shí)磁極上各點(diǎn)6值的情況;點(diǎn)的選取方法與磁塊測(cè)試相同。為了便于區(qū)分,我們用表示第W個(gè)磁極中心點(diǎn)的疊加磁場(chǎng);用瓜、表示第W個(gè)磁極沿I方向偏離中心點(diǎn)15mm的疊加磁場(chǎng)分別排出了兩個(gè)序列,稱為序列1與序列2,對(duì)應(yīng)波蕩器的上下兩列,優(yōu)化組合結(jié)果見。相對(duì)于均值否M偏差反映了峰-峰值誤差,私、相對(duì)于萬(wàn)偏差反映了對(duì)稱性好壞。由可以看出,優(yōu)化組合的峰-峰值誤差都小于1%;在中心點(diǎn)左右間隔15mm對(duì)稱點(diǎn)的偏差都小于5%. 4調(diào)試結(jié)果FEL混合型波蕩器現(xiàn)已研制完成,是該波蕩器實(shí)物圖,~為波蕩器間隙為18mm條件下的調(diào)試結(jié)果。為中心束線磁場(chǎng)單電子軌跡模擬;為中心束線峰值磁場(chǎng)分布圖;為I方向磁場(chǎng)均勻性(好場(chǎng)區(qū))分布情況;為夕與尤的關(guān)系圖,F(xiàn)EL混合型波蕩器的尤=0.934x0.3235x3.2=0.9667,AX7尤取中的結(jié)果1.2%,從可以看出,單電子小信號(hào)增益與優(yōu)化組合結(jié)果磁性材科及器件波蕩器對(duì)稱中心線上的單電子軌跡模擬(中心偏移<0.1mm)波蕩器對(duì)稱中心線上的峰值場(chǎng)強(qiáng)分布(平均峰值場(chǎng)強(qiáng)為323.5mT)N(磁場(chǎng)峰值序列)X方向磁場(chǎng)均性分布(好場(chǎng)區(qū))(1-中心線左移3mm;2-中心線;3-中心線右移3mm;AK/Kzui大值約為1.2%)5結(jié)論中物院FEL波蕩器采用Halbach混合型結(jié)構(gòu),在間隙為18mm的條件下,獲得的峰值場(chǎng)強(qiáng)為323.5mT,好場(chǎng)區(qū)大于10mm,單電子模擬軌跡中(上接13頁(yè))心偏移小于0.1mm,單電子小信號(hào)增益與理想增益的比率高達(dá)98°%.北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。

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