儲存環(huán)中電子自旋動力學及其在能量標定中的應用.pdf

1、束流能量是同步輻射光源電子儲存環(huán)的一個重要參數(shù)，它決定了同步輻射的光子光譜分布情況。在光源的實際運行中，束流的真實能量和設計能量肯定或多或少存在差別，準確測量束流的能量是監(jiān)測和了解光源運行情況必不可少的。另外，合肥光源要作為真空紫外至軟X射線光譜范圍內的主要輻射源標準，這要求儲存電子束能量的測量精度要達到10-4以滿足對光譜光子通量的精確計算。
　　自旋共振退極化法標定束流能量是目前應用廣泛的一種能量測量技術，它的測量精度極高，可

2、以達到10-5～10-4量級，甚至10-6量級。這種能量測量方法已經在歐美的很多同步輻射光源儲存環(huán)和對撞機儲存環(huán)上取得成功應用，但是在國內還沒有一個加速器實驗室成功應用過該項技術。在本研究課題中，我們將應用該項技術對中國科學技術大學國家同步輻射實驗室的合肥光源儲存環(huán)電子束能量進行高精度標定。
　　應用自旋共振退極化法標定束流能量的前提是儲存環(huán)中的束流必須是極化的，由于儲存環(huán)中的輕子束流可以通過發(fā)射自旋反轉同步輻射而自發(fā)極化，并且極

3、化時間常數(shù)通常在束流壽命的時間尺度之內，這使得該項測量技術得以在儲存環(huán)上得到應用。然而儲存環(huán)上還可能存在著很多退極化因素，這要求我們對自旋動力學有足夠的了解并分析束流可能達到的平衡極化度，從而判斷用退極化法標定能量的可行性。論文中，我們首先詳細講述了同步輻射對輕子束的自旋極化作用，以及輻射的隨機量子特性造成的軌道擴散和自旋擴散對束流自發(fā)極化建立的影響。特別地，在發(fā)生自旋共振的情況下，輻射的隨機擴散作用將使束流中各個電子的自旋方向擴散開，

4、并造成束流的退極化。最終，輻射極化束能夠達到的平衡極化度由輻射極化機制和量子擴散退極化機制共同決定，并且可以由著名的Derbenev-Kondrateko-Mane公式通過數(shù)值演算來估計這一數(shù)值。在推導了儲存環(huán)中電子的自旋軌道全耦合運動方程并給出電子經過各種元件的軌道映射和自旋映射之后，我們著重分析了儲存環(huán)中的各種自旋共振形式，并分別用直接跟蹤方法和解析數(shù)值計算結合的方法對自旋共振和束流極化進行了研究。在對束團中的所有電子自旋進行跟蹤時

5、，通過引入泊松分布噪聲來模擬隨機光子發(fā)射過程，并研究了人工激勵自旋共振，即掃頻自旋共振退極化現(xiàn)象。最后，在充分掌握了自旋和軌道運動的信息后，我們將這些理論應用于合肥光源，并成功地使用自旋共振退極化法對合肥光源的電子束能量進行高精度標定。論文中詳細介紹了能量標定的基本原理、實驗所需的相關準備以及實驗中需要注意到的問題。最終實驗結果表明，在合肥光源上應用這項技術對電子束能量進行標定精度可達到10-5～10-4量級。并且，一系列能量測量數(shù)據(jù)顯