電子直線加速器束流發(fā)射度測(cè)量

電子直線束流放射度測(cè)量放射度是束流最重要的一個(gè)參數(shù)，其定義為相空間橢圓的面積。寸的匹配、對(duì)撞機(jī)的對(duì)撞亮度、同步輻射光源亮度、自由電子激光波對(duì)有重要意義。直線橫向放射度的測(cè)量方法〔sli〔multi-sli間中的面積。如圖1-1-1所示，設(shè)光闌上與Y方向平行的狹縫的中心位置是u,狹縫的寬度為gg時(shí)，可以認(rèn)為包含不同運(yùn)動(dòng)方向的橫坐標(biāo)為uL距離處的截面探頭可以測(cè)量出打在其上的粒子的最遠(yuǎn)橫向位置與中心點(diǎn)u分別為a和b1-1-2測(cè)量數(shù)據(jù)就可以構(gòu)建出在相空間中分布的邊界。1-1-11-1-2假設(shè)在光闌上沿著x1-1-3所示。1-1-4所示。在胡椒板法中取孔徑和孔間距的大小時(shí)，要滿足2，孔成像的直徑要遠(yuǎn)大于孔徑。3，孔成像的直徑要小于孔間距。1-1-31-1-4間接法變聚焦強(qiáng)度法束流的橫向分布可以用矩陣表示 11 12 21 22其中各矩陣元與Twiss參數(shù)的關(guān)系為， ， 11 22 12 21以水平方向?yàn)槔? x2 x”2 xx， 11 22 12 21則 2，

為束流橫向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即束流截面尺寸。11 x 2

11 22 12流放射度。1-2-1和0，1變聚焦強(qiáng)度法原理如圖1-2-1所示直線中的兩個(gè)位置s s和0，10其中s之后緊鄰一四極磁鐵，兩個(gè)位置的矩陣之間的關(guān)系為0(s1

)M(s0

)MT至01其中M為s s的傳輸矩陣。寫成重量形式至01 (s11

)M2 (s11 11

)2M 11

12

(s)M20 12

(s)01況下s1

位置的束流截面，理論上只需進(jìn)展三次測(cè)量，即可依據(jù)上述方0 程確定s處的矩陣，進(jìn)而得到s0 假設(shè)共進(jìn)展了n次測(cè)量，通過(guò)使下面方程的值最小得到、、。其中c、si i

即M11,i

、M12,i

2最小的條件為寫成矩陣的形式即進(jìn)一步得由得到的、、可得放射度。鐵的傳輸矩陣為 1 0 1 0M 11

11 K 1 f 0 s和s之間漂移空間長(zhǎng)度為L(zhǎng)0 (s11

(s11

)K22(L (s11 0

12

(s))KL20

(s) (s)0 11 0方程 (s11

)a(Kb)2c依據(jù)擬合所得a、b、c以及以下關(guān)系a (s)11 0 L2 (s12

a)2

(1b)L1 2ab a (s)22 0

(ab2c )2 L L2可得 acL2三點(diǎn)截面法線漂移節(jié)中的A、B、C1-2-2所示，1-2-2由于2= 2cs ，且在直線漂移節(jié)有 ，故可以推出22LL2于是通過(guò)三個(gè)探測(cè)器就可以測(cè)得：上式寫成矩陣形式為：于是有：由于 所以 由于、截面測(cè)量的束流，一般承受間接法，而間接法最終歸結(jié)為對(duì)束流截面的測(cè)量。以下簡(jiǎn)潔介紹一些典型的截面測(cè)量方法。熒光靶2-1-1所示，它是軌道。熒光靶的材料是硫化鋅、碘化銫、三氧化二鋁等熒光材料，高能帶電粒子轟擊熒光靶產(chǎn)生可見光，用攝像機(jī)把光斑在靶上的位置、得束流的截面尺寸。2-1-1BEPC的直線和輸運(yùn)線的束流截面測(cè)量承受熒光靶BFEL23束流截面測(cè)量也承受熒光靶，靶片均為AF995R型摻CrAlO陶瓷熒光片。23LawrenceBerkeley試驗(yàn)室的ALS50MeVLinac尾部承受熒設(shè)計(jì)Linac-To-Booster(LTB)的束流輸運(yùn)線。KEKB1.5GeVLinac0.5GeV1.5GeV點(diǎn)(即Linac末端)三處，均承受了熒光屏法測(cè)量其束流截面。絲靶絲靶〔WireScanner〕是最常用的束流橫向截面測(cè)量設(shè)備之一，幾乎用于全部裝置上，常被用作橫向束流尺寸測(cè)量的參考設(shè)子數(shù)。從信號(hào)強(qiáng)度的分布中，可獲得束流的截面尺寸。半徑滿足以下關(guān)系：2beam 2beam wirer2meas靶半徑尺寸的限制。在SLC和KEK-ATF，使用絲靶測(cè)量的區(qū)分率到達(dá)4m的碳絲靶，也可以測(cè)量尺寸格外小的低流強(qiáng)束流，但對(duì)于橫截面<1.4m或束團(tuán)電子數(shù)大于0.61010的束流就無(wú)能為力了。BEPCII100微米鍍金鎢絲，在γ射線和二次電子來(lái)測(cè)量束流截面。由于相對(duì)于絲靶的橫截面尺寸，BEPCⅡ的束流截面尺寸較大，所以測(cè)量可以認(rèn)為是非破壞性的non-destructiv，能到達(dá)較高的區(qū)分率。在SLC2-2-1所示。三根金屬絲分別為ｘ，ｙ以及斜４５度方向。其測(cè)量信號(hào)來(lái)自于打在金屬上的電荷數(shù)量。圖2-2-1 SLC高分辯三軸絲靶OTR圖2-3-1CCD相機(jī)成像，即可獲得束流在箔片上的圖像，經(jīng)處理后可得到可以把箔片做的很薄，以減小對(duì)束流的影響，而又不影響測(cè)量效果。種方法測(cè)量。2-3-1在KEK-ATF上曾利用這種方法測(cè)量了截面尺寸約為5m的束流，估量區(qū)分率可達(dá)2m左右，但同時(shí)在試驗(yàn)中覺(jué)察，當(dāng)聚焦電子束通過(guò)箔片時(shí)，箔片在幾秒鐘之內(nèi)就消滅了損壞。ELSAOTR測(cè)量束流截面，進(jìn)而得到束流的橫向放射度。激光基于激光Compton散射的束流截面測(cè)量方法有兩種：LaserWire和激光干預(yù)儀。LaserWire2-4-1所示，用聚焦激光束對(duì)束流進(jìn)展掃描。2-4-1nm量級(jí)的便利。一般認(rèn)為激光干預(yù)儀適合測(cè)量對(duì)撞點(diǎn)四周束流截面。LaserWire可測(cè)量微米以至亞微米量級(jí)的束流截面尺寸。對(duì)于ILC之前的FLC〔如NLC,JLC,TESLA,CLIC等，LaserWire能普遍滿足LINAC和〔束流輸運(yùn)系統(tǒng)〕IP處的束流截面，尤其是垂直方向可達(dá)納米量級(jí)，一般認(rèn)為激光干預(yù)儀更為適宜。對(duì)于ILC的LINAC和BDS一些典型束流截面尺寸，LaserWire也可滿足測(cè)量的要求。BEPCLINAC束流放射度的測(cè)量BEPC承受變聚焦強(qiáng)度法來(lái)測(cè)量束流的橫向放射度，承受熒光靶3-1所示。3-110-15是必要的。3-2所示。3-2測(cè)量時(shí)，為使聚焦強(qiáng)度跳變范圍最大，從而在確保聚焦強(qiáng)度k1k1調(diào)變步長(zhǎng)足夠大，進(jìn)而使束流截面尺寸變化量最大，盡可能的獲得準(zhǔn)確的和靈敏的k13-3所示。

。為此應(yīng)使k13-3BEPC直線的放射度測(cè)量試驗(yàn)取得了一些閱歷和結(jié)果，但BEPCⅡ直線改進(jìn)過(guò)程中，覺(jué)察并解決了影響放射度測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的多個(gè)問(wèn)題，如采集到的圖像存在橫向條紋和亮度飽和等。并結(jié)合實(shí)際測(cè)量閱歷，BEPCⅡ直線放射度測(cè)量不僅在測(cè)量速度上，得到、、，進(jìn)而得到放射度，即前文變聚焦強(qiáng)度法中的第一種方法。束流放射度和Twiss3-1所示。3-1BEPCⅡ直時(shí)的獵取測(cè)量數(shù)據(jù)，提高BEPCⅡ儲(chǔ)存環(huán)對(duì)直線束流的使用效率。SLICE放射度以上介紹的橫向放射度的測(cè)量都是對(duì)一個(gè)束團(tuán)各個(gè)橫向截面放射slice放射度〔4-1〕對(duì)自由電子激光也是格外重要的。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例——DESYFLASHslice放射度的測(cè)量方法。4-14-24-2是FLASHslice放射度的主5個(gè)加速單元ACC1~ACC5和兩個(gè)束團(tuán)壓縮器BC2、BC3后到達(dá)HorizontalKicker，利用HorizontalKicker從slice放射度的測(cè)量，這樣就消退了對(duì)slice放射度。LOLA是一個(gè)垂直方向的偏轉(zhuǎn)高頻構(gòu)造，被踢出來(lái)的束團(tuán)到達(dá)LOLA后會(huì)感受間到達(dá)LOLA的電子就會(huì)感受到不同的電壓，從而產(chǎn)生不同