《电子储存环物理》课程PPT教学课件：第六讲 束流寿命

电子储存环物理 第六讲束流寿命

第六讲 束流寿命

本节内容 o束流寿命概述 o束流的量子寿命 o束流的真空寿命 o束流的托歇克寿命

本节内容  束流寿命概述  束流的量子寿命  束流的真空寿命  束流的托歇克寿命

1.束流寿命 ○直观来说,東流寿命就是电子束流在储存环中保 存的时间 O本章只考虑单束团情况不考虑多束团效应 不考虑对寿命影响非常剧烈迅速的情况 〉只考虑对寿命影响相对比较平缓的情况 且这个影响的分布在时间上是随机的 o定量描述:电子数目损失到其初始数目一定比例 所需的时间(1/2寿命或1/寿命)。通常所讲的 束流寿命指的是1/e寿命(1/2.718)

1. 束流寿命  直观来说，束流寿命就是电子束流在储存环中保 存的时间  本章只考虑单束团情况不考虑多束团效应 ➢ 不考虑对寿命影响非常剧烈迅速的情况 ➢ 只考虑对寿命影响相对比较平缓的情况 ➢ 且这个影响的分布在时间上是随机的  定量描述：电子数目损失到其初始数目一定比例 所需的时间（1/2寿命或1/e寿命）。通常所讲的 束流寿命指的是1/e寿命(1/2.718)

o储存环中带电粒子在磁场作用不断地辐射同步光, 并从高频电场补充能量,在辐射激发和阻尼平衡 状态下,束团中电子横向和纵向分布均为高斯分 布 o由于真空管道尺寸和高频电压都为有限值,横向 和纵向的接受度都有限,位于束流高斯分布尾部 的那部分粒子将不断丢失,造成有限的束流寿命 o我们把束团内电荷量减少到原来1/e(e为自然常数) 所用的时间定义为束流寿命

 储存环中带电粒子在磁场作用不断地辐射同步光， 并从高频电场补充能量，在辐射激发和阻尼平衡 状态下，束团中电子横向和纵向分布均为高斯分 布  由于真空管道尺寸和高频电压都为有限值，横向 和纵向的接受度都有限，位于束流高斯分布尾部 的那部分粒子将不断丢失，造成有限的束流寿命  我们把束团内电荷量减少到原来1/e (e为自然常数) 所用的时间定义为束流寿命

o束流在时刻t损失的粒子数正比于在该时刻束团中 总的粒子数目 dN=-aN(dt with a=constant By defining the lifetime t as: N=Net/ o若不同的效应之间没有相关性,则它们各自导致 的粒子损失可以用相似的方法分别定义,总的束 流寿命可以通过将各个部分的贡献求和得到 o这样,就可以分别研究各种效应的束流寿命

 束流在时刻t损失的粒子数正比于在该时刻束团中 总的粒子数目  若不同的效应之间没有相关性，则它们各自导致 的粒子损失可以用相似的方法分别定义，总的束 流寿命可以通过将各个部分的贡献求和得到  这样，就可以分别研究各种效应的束流寿命 dN N t dt with constant = −    ( ) By defining the lifetime t as: 0 t N N e− t = 1 t  = 1 2 3 1 1 1 1 .... t t t t = + + +

导致束流丢失的效应 β振荡或同步振荡的噪声 o量子效应一量子寿命 光子发射导致横向位移超出限制 光子发射导致能量变化,电子跃出相稳定区 o与残余气体散射作用(弹性、非弹性)包括电子与原子核 的卢瑟福散射、轫致辐射,与壳层电子间的碰撞 o电子束团内电子之间的碰撞( Touschek效应、IBS) o离子俘获效应

导致束流丢失的效应  β振荡或同步振荡的噪声  量子效应—量子寿命  光子发射导致横向位移超出限制  光子发射导致能量变化，电子跃出相稳定区  与残余气体散射作用（弹性、非弹性）包括电子与原子核 的卢瑟福散射、轫致辐射，与壳层电子间的碰撞  电子束团内电子之间的碰撞（Touschek效应、 IBS ）  离子俘获效应  ……

孔径 O没有孔径一束团变大、变长一不会丢失 孔径是对束团中电子一个限制 O孔径由所有的效应共同决定 o孔径并非意味着一个实体限制 o孔径有横向与纵向区别 o横向——动力学孔径 o纵向—相空间大小

孔径  没有孔径—束团变大、变长—不会丢失  孔径是对束团中电子一个限制  孔径由所有的效应共同决定  孔径并非意味着一个实体限制  孔径有横向与纵向区别  横向——动力学孔径  纵向——相空间大小

横向的孔径 o真空室尺寸一物理孔径 o线性结果得到的孔径 ○由于非线性磁场(如六极场等),激发β振荡的幅 度,使稳定幅度小于真空室物理尺寸。 A 引入动力学孔径 Physical aperture Linear machine 电子是依旧损失在物理 孔径上面的 ∈ Dynamic aperture

横向的孔径  真空室尺寸—物理孔径  线性结果得到的孔径  由于非线性磁场（如六极场等），激发β振荡的幅 度，使稳定幅度小于真空室物理尺寸。 ➢ 引入动力学孔径 ➢ 电子是依旧损失在物理 孔径上面的

纵向的孔径 o (yp) ORF的接受度 o电子相位不在相稳定 区内,必然会丢失 E Separatrix: H=Hs o动量接受度的动力学 孔径 O有动量偏差的电子动 dp/p=1 %(osci dp/p= 2 %(osci) 力学孔径会很大程度 地缩小 X [mm]

纵向的孔径  RF的接受度  电子相位不在相稳定 区内，必然会丢失  动量接受度的动力学 孔径  有动量偏差的电子动 力学孔径会很大程度 地缩小

o将束流寿命看做一个常数:简化处理 大多数储存环中,束流寿命依赖于流强 目前, Touschek效应是多数储存环束流寿命的主要贡献, 而 Touschek效应导致的电子损失随着流强降低而减少,因 此束流寿命相应增加; 另外,高流强时的同步辐射导致真空室更高的气体解析出 来,从而提高了真空室内的气体压力,导致电子与气体之 间的碰撞损失增加,同时也具有更强的离子俘获效应,这 些都会降低束流寿命 o但只要束流流强的变化不是太大、太剧烈,将寿命作为 个常数处理是合理的,所以被广泛采用

 将束流寿命看做一个常数：简化处理  大多数储存环中，束流寿命依赖于流强  目前，Touschek效应是多数储存环束流寿命的主要贡献， 而Touschek效应导致的电子损失随着流强降低而减少，因 此束流寿命相应增加；  另外，高流强时的同步辐射导致真空室更高的气体解析出 来，从而提高了真空室内的气体压力，导致电子与气体之 间的碰撞损失增加，同时也具有更强的离子俘获效应，这 些都会降低束流寿命  但只要束流流强的变化不是太大、太剧烈，将寿命作为一 个常数处理是合理的，所以被广泛采用