LIA強(qiáng)流束聚焦過程數(shù)值模擬與透鏡設(shè)計(jì).pdf

1、論文研究磁透鏡在LIA中聚焦強(qiáng)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(yīng)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(yùn)動軌跡，并且從束流剖面電流強(qiáng)度分布獲得X光焦斑尺寸。利用ANSYS軟件計(jì)算了透鏡磁場分布，并且以獲得小的X光焦斑尺寸為目標(biāo)對透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 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(yùn)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(jī)均勻分布，以此模擬發(fā)射度在束流運(yùn)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(yùn)動幅度取值，模擬能散和Corkscrew運(yùn)動。 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)表明，隨子束流層數(shù)的增加焦斑尺寸計(jì)算結(jié)果是收斂的。當(dāng)透鏡峰值場強(qiáng)9500Gs，半高寬11.6cm，束流包絡(luò)半徑3cm，平行入射，X光焦斑直徑計(jì)算值最終趨于1.03mm。焦斑直徑計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，焦距計(jì)算值大于實(shí)驗(yàn)值，絕對誤差在3.5cm范圍內(nèi)，而焦斑直徑計(jì)算值小于實(shí)驗(yàn)值，絕對誤差在0.4mm范圍內(nèi)。論文詳細(xì)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(luò)半徑和入射角度與焦斑尺寸的關(guān)系進(jìn)行了大量計(jì)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(luò)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(yīng)的設(shè)計(jì)思路。 論文通過計(jì)算確定了透鏡結(jié)構(gòu)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(dǎo)率與磁場分布幾乎無關(guān)，而包鐵的磁飽和強(qiáng)度Bs的提高有利與峰值場強(qiáng)的上升。透鏡磁場的半高寬僅決定于透鏡的結(jié)構(gòu)與所加激勵電流無關(guān)。激勵電流的大小只對峰值場強(qiáng)起作用。從提高峰值場強(qiáng)和擴(kuò)大半高寬兩個方面對透鏡磁場進(jìn)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