LIA強流束聚焦過程數(shù)值模擬與透鏡設計.pdf

1、論文研究磁透鏡在LIA中聚焦強流相對論電子束。在軸對稱系統(tǒng)中，基于同時考慮束流空間電荷效應和透鏡磁場非線性作用的三階精度束流軌跡方程，建立非層流無碰撞數(shù)值模擬模型，分析了束流在聚焦磁場中的運動軌跡，并且從束流剖面電流強度分布獲得X光焦斑尺寸。利用ANSYS軟件計算了透鏡磁場分布，并且以獲得小的X光焦斑尺寸為目標對透鏡結構進行了優(yōu)化設計。 非層流無碰撞數(shù)值模擬模型可以同時考慮束流的能散、發(fā)射度和Corkscrew運動幅度等影響X光

2、焦斑尺寸的諸多因素。模型將束流沿徑向均勻分為n層子束流，各子束流入射角度取隨機均勻分布，以此模擬發(fā)射度在束流運動中的影響。軸向劃分束流為有限個束片，并分別賦予不同的能量和Corkscrew運動幅度取值，模擬能散和Corkscrew運動。 數(shù)值模擬實驗表明，隨子束流層數(shù)的增加焦斑尺寸計算結果是收斂的。當透鏡峰值場強9500Gs，半高寬11.6cm，束流包絡半徑3cm，平行入射，X光焦斑直徑計算值最終趨于1.03mm。焦斑直徑計算值

3、的最大不確定度為：±0.05mm，而焦距幾乎不變化，其波動在0.08cm范圍內(nèi)。與實驗結果比較，焦距計算值大于實驗值，絕對誤差在3.5cm范圍內(nèi)，而焦斑直徑計算值小于實驗值，絕對誤差在0.4mm范圍內(nèi)。論文詳細分析了束流各參數(shù)對最終焦斑尺寸的影響，其中就透鏡入口處束流的包絡半徑和入射角度與焦斑尺寸的關系進行了大量計算，確定了選擇這兩個參數(shù)的最佳范圍：透鏡入口處束流包絡半徑取1.5-3cm，入射相位取-45°左右。并就此對聚焦漂移段提出相

4、應的設計思路。 論文通過計算確定了透鏡結構尺寸，表明由于透鏡包鐵始終工作于其磁特性曲線的飽和區(qū)，包鐵的磁導率與磁場分布幾乎無關，而包鐵的磁飽和強度Bs的提高有利與峰值場強的上升。透鏡磁場的半高寬僅決定于透鏡的結構與所加激勵電流無關。激勵電流的大小只對峰值場強起作用。從提高峰值場強和擴大半高寬兩個方面對透鏡磁場進行了優(yōu)化。在同樣的激勵電流下，優(yōu)化后的透鏡聚焦效果明顯改善。主要表現(xiàn)在兩個方面：對相同束品質(zhì)參數(shù)的束流，聚焦后的X光焦斑