葉文博， 姚紅娟?， 楊 業(yè),， 劉曉宇， 李 巖，曾紅錦， 鄭曙昕， 王敏文， 劉臥龍， 王 迪， 王茂成，趙銘彤， 王學(xué)武， 關(guān)遐令， 王忠明

(1. 粒子技術(shù)與輻射成像教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100084； 2. 清華大學(xué) 先進(jìn)輻射源及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室， 北京 100084； 3. 清華大學(xué) 工程物理系， 北京 100084； 4. 強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710024)

1 XiPAF慢引出設(shè)計(jì)介紹

XiPAF利用三階共振和RF-KO實(shí)現(xiàn)束流慢引出，XiPAF同步環(huán)的布局圖如圖1所示。

圖1 XiPAF同步環(huán)布局Fig.1 Layout of the XiPAF synchrotron

引出前，將同步環(huán)的水平工作點(diǎn)調(diào)至三階共振點(diǎn)附近，在同步環(huán)上對(duì)稱(chēng)放置2塊極性相反的共振六極鐵(SR)用于驅(qū)動(dòng)三階共振，在SR的作用下，束流歸一化橫向相空間的相圖會(huì)由圓形逐漸形變成三角形，粒子的相運(yùn)動(dòng)被穩(wěn)定三角形劃分為2個(gè)區(qū)域：三角形內(nèi)部，相軌跡閉合，為穩(wěn)定區(qū)；三角形外部，相軌跡發(fā)散，為非穩(wěn)定區(qū)。穩(wěn)定三角形的面積A為

(1)

其中，q=q0-qres，為同步環(huán)水平工作點(diǎn)到三階共振點(diǎn)的距離；q0為同步環(huán)的水平工作點(diǎn)；qres為三階共振點(diǎn)；S為歸一化的等效六極鐵強(qiáng)度。q越小、S越大，A越小。通常，加速后束流的發(fā)射度小于穩(wěn)定三角形的面積，位于穩(wěn)定區(qū)之內(nèi)，束流并不會(huì)自發(fā)地從穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)。利用RF-KO激勵(lì)束流使橫向發(fā)射度逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)束流發(fā)射度大于穩(wěn)定三角形的面積后，粒子會(huì)逐漸進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)。進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)的粒子從三角形的頂點(diǎn)沿著分界線(xiàn)向外運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)入靜電偏轉(zhuǎn)器(ES)被小幅度偏轉(zhuǎn)。在后續(xù)的傳輸過(guò)程中，這部分粒子與循環(huán)束流產(chǎn)生較大分離，在分離較大處安裝引出切割磁鐵(MS)，使分離出的束流受到較強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)，繼而引出同步環(huán)，最終經(jīng)過(guò)高能輸運(yùn)線(xiàn)(HEBT)傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)站用于輻照實(shí)驗(yàn)。XiPAF的引出設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所列。

表1 引出系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameters of the extraction system

XiPAF上HEBT的入口和出口附近的氣體電離室(IC)用于測(cè)量引出的粒子數(shù)及時(shí)間結(jié)構(gòu)，在同步環(huán)上的直流電流傳感器(DCCT)用于測(cè)量環(huán)內(nèi)的束流強(qiáng)度。通過(guò)IC測(cè)量引出的粒子數(shù)和環(huán)上DCCT的束流強(qiáng)度變化得到對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)同步環(huán)內(nèi)儲(chǔ)存粒子數(shù)的變化量，引出粒子數(shù)與環(huán)內(nèi)減少的粒子數(shù)之比即為引出效率。引出效率測(cè)量的準(zhǔn)確性依賴(lài)于IC測(cè)量的準(zhǔn)確性，而IC屬于相對(duì)測(cè)量并非直接測(cè)量。IC的工作原理為質(zhì)子在穿透探測(cè)器時(shí)與工作氣體發(fā)生作用使路徑上的工作氣體發(fā)生電離產(chǎn)生電子-離子對(duì)，電子-離子對(duì)在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)并在讀出電極上產(chǎn)生信號(hào)，平均每個(gè)質(zhì)子在靈敏區(qū)厚度內(nèi)產(chǎn)生的電子-離子對(duì)的數(shù)目即為IC的增益系數(shù)。通過(guò)IC的增益系數(shù)和IC的測(cè)量信號(hào)即可得到引出質(zhì)子束的強(qiáng)度。IC的增益系數(shù)可通過(guò)模擬或?qū)嶒?yàn)標(biāo)定得到，通過(guò)蒙特卡羅模擬得到質(zhì)子能量為60 MeV時(shí)，IC的增益為267.37，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)法拉第筒直接測(cè)量引出束流的強(qiáng)度對(duì)IC的增益進(jìn)行了標(biāo)定，最新標(biāo)定的增益系數(shù)為268.01。本文采用實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的增益系數(shù)計(jì)算引出效率。

2 引出效率的優(yōu)化

2.1 典型慢引出過(guò)程及影響慢引出效率的主要因素

XiPAF慢引出時(shí)，典型的DCCT測(cè)量信號(hào)和IC測(cè)量信號(hào)如圖2所示，圖中藍(lán)色曲線(xiàn)代表DCCT測(cè)量得到的束流強(qiáng)度，紅色曲線(xiàn)代表IC測(cè)到的引出的束流強(qiáng)度，圖3是根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)以每60 ms為間隔計(jì)算得到的實(shí)時(shí)引出效率。

圖2 典型的DCCT和IC測(cè)量信號(hào)Fig.2 Typical waveforms of DCCT, IC intensity

圖3 引出效率Fig.3 Extraction efficiency

圖2中DCCT束流強(qiáng)度變化可分為以下3個(gè)階段。第1階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為0～310 ms，為束流注入、俘獲及加速過(guò)程。第2階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為310～410 ms，為共振六極鐵SR強(qiáng)度上升階段，上升時(shí)間為100 ms。在370～410 ms之間，DCCT束流強(qiáng)度有一個(gè)很明顯的快速下降，這對(duì)應(yīng)的是SR上升階段的后期。在SR上升過(guò)程中，隨著SR強(qiáng)度的增大，三角形收縮，部分粒子暴露于穩(wěn)定三角形之外，導(dǎo)致DCCT束流強(qiáng)度快速下降，這部分束流中有部分粒子被引出，可在IC上看到對(duì)應(yīng)時(shí)間的引出束流信號(hào)。第3階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為600～1 100 ms，為RF-KO作用階段，此時(shí)SR已經(jīng)完全上升到設(shè)定的強(qiáng)度并保持不變，通過(guò)RF-KO激勵(lì)使束流發(fā)射度增長(zhǎng)并引出，這期間可看到DCCT束流強(qiáng)度緩慢下降，在IC上能看到對(duì)應(yīng)時(shí)間的引出束流信號(hào)。由圖3可見(jiàn)，引出效率明顯地分為2個(gè)階段：第1階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為310～410 ms，為SR上升階段，平均引出效率略高于50%；第2階段，對(duì)應(yīng)時(shí)間為600～1 100 ms，為RF-KO作用階段，平均引出效率在70%左右;SR上升階段的引出效率要明顯低于RF-KO的引出效率。

理想情況下，SR上升過(guò)程中三角形的面積始終大于束流的發(fā)射度，DCCT束流強(qiáng)度不會(huì)下降。實(shí)驗(yàn)中，由于引出前束流初始發(fā)射度偏大，即直線(xiàn)注入器注入的束流發(fā)射度及動(dòng)量分散偏大，或一些參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致束流發(fā)射度大于三角形面積，造成DCCT束流強(qiáng)度下降。

Getis-Ord Gi*指數(shù)，主要用來(lái)探測(cè)空間聚集現(xiàn)象的存在，可分析空間聚集程度，本文用于分析變化的“冷熱點(diǎn)”：

使用設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，不同過(guò)程引出的束流在ES入口處的相圖如圖4所示。引出前束流初始的均方根發(fā)射度設(shè)置為8.9π mm·mrad。

(a) RF-KO

由圖4可見(jiàn)，RF-KO引出時(shí)三角形保持不變，引出束流的分布集中在引出分界線(xiàn)上；SR上升階段三角形的面積不斷變化，與RF-KO引出束流的相空間分布相比，SR上升階段引出束流的相空間差別很明顯，且由圖3可見(jiàn)SR上升階段的引出效率明顯低于RF-KO引出階段，因此要盡量避免由SR上升引起的DCCT束流強(qiáng)度下降。

由于SR上升階段引出的束流為無(wú)效束流，因此，在計(jì)算總的引出效率時(shí)，不考慮SR上升階段引出的粒子，總的引出效率η定義為

(2)

其中，NRF為RF-KO引出的粒子數(shù)；NB為加速后環(huán)內(nèi)粒子數(shù)；NA為引出后環(huán)內(nèi)剩余的粒子數(shù)。

為了提高總引出效率，一方面要盡量降低SR上升階段的束流損失，即減少該階段的DCCT束流強(qiáng)度的下降，另一方面要提高RF-KO階段的引出效率。在SR上升階段，DCCT束流強(qiáng)度下降與影響束流的最大動(dòng)量分散的高頻腔電壓、工作點(diǎn)及SR的上升時(shí)間等因素相關(guān)。在RF-KO引出階段，目前已知的束流損失原因有3個(gè)：一是循環(huán)束在環(huán)上MS01處的損失；二是引出束在ES陽(yáng)極絲處的損失；三是引出束在ES陰極的損失。循環(huán)束在環(huán)上的損失與引出螺距及閉軌畸變等因素有關(guān)，引出螺距越大最后3圈的軌道越大，在環(huán)上孔徑較小的元件處越容易丟失粒子，而閉軌畸變則等效于在某個(gè)方向上縮小了元件的孔徑。XiAPF同步環(huán)上孔徑限制最嚴(yán)重的地方為引出切割磁鐵MS01入口處。引出束在ES處的損失與引出束在ES入口處的引出螺距、角度及同步環(huán)的色品有關(guān)，引出束在ES入口處的角度受到閉軌和引出分界線(xiàn)在ES入口處的角度等因素的影響。

2.2 對(duì)SR上升引起DCCT束流強(qiáng)度下降的優(yōu)化

為了提高總引出效率，在SR上升階段要盡量避免DCCT束流強(qiáng)度的下降。DCCT束流強(qiáng)度下降與高頻腔電壓、SR上升時(shí)間及工作點(diǎn)等因素有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)高頻腔電壓越高，DCCT束流強(qiáng)度下降得越多。高頻腔電壓較高意味著束流的最大動(dòng)量分散較大，因同步環(huán)色品為負(fù)色品，在色品效應(yīng)的影響下，大動(dòng)量的粒子因工作點(diǎn)更靠近三階共振點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定三角形面積小而被引出。SR上升的過(guò)程中，將高頻腔電壓由600 V降低至40 V可有效減少DCCT束流強(qiáng)度的下降。此外，降低高頻腔電壓可減少束流的動(dòng)量分散，也可減少RF-KO引出時(shí)的束流損失。

SR上升時(shí)間不同，DCCT束流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化也有所不同。SR上升時(shí)間分別為25,100,900 ms時(shí)，DCCT束流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，SR上升時(shí)間越短，DCCT束流強(qiáng)度下降越明顯。這可能是因?yàn)镾R上升過(guò)快，引起了額外的發(fā)射度增長(zhǎng)，如果以絕熱的方式施加六極場(chǎng)，束流的發(fā)射度是不變的[4]，SR上升越快絕熱效果越差，發(fā)射度增長(zhǎng)越多。由圖5還可見(jiàn)，與SR上升時(shí)間為900 ms相比，SR上升時(shí)間為100 ms時(shí)的DCCT強(qiáng)度變化不大，節(jié)約了很多時(shí)間，綜合來(lái)看，將SR上升時(shí)間設(shè)置為100 ms是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。除了上升時(shí)間外，還可對(duì)SR上升曲線(xiàn)的形式進(jìn)行優(yōu)化，本文不再展開(kāi)描述。

圖5 不同SR上升時(shí)間，DCCT束流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化Fig.5 DCCT intensity vs. t at different rise time of SR

除上述2個(gè)原因之外，水平工作點(diǎn)對(duì)DCCT束流強(qiáng)度下降也有影響。圖6為2種閉軌下實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的SR上升階段DCCT束流強(qiáng)度的下降比例隨三角形面積的變化。圖6中三角形面積指的是SR上升至設(shè)定值后最終的三角形面積，由加六極鐵后的工作點(diǎn)和等效六極鐵強(qiáng)度計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)設(shè)置不同的SR強(qiáng)度來(lái)改變?nèi)切蚊娣e。閉軌1和閉軌2指代2種閉軌，二者的區(qū)別在于在SR處的閉軌位置不同。由于在SR處的閉軌未經(jīng)過(guò)SR的磁中心，SR加電后會(huì)對(duì)同步環(huán)的水平工作點(diǎn)產(chǎn)生影響，閉軌1使得加SR后水平工作點(diǎn)降低，而閉軌2使得加SR后水平工作點(diǎn)升高。當(dāng)SR強(qiáng)度為設(shè)計(jì)值的1.1倍時(shí)，閉軌1的情況下，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得加SR后水平工作點(diǎn)由1.679 7變?yōu)?.677 7；在閉軌2的情況下，加SR后水平工作點(diǎn)由1.679 7變?yōu)?.681 4。由圖6可見(jiàn)，相同的三角形面積下，閉軌2對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)更大，由SR上升引起的DCCT束流強(qiáng)度下降更小。工作點(diǎn)越大，離三階共振點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，同樣的tune shift或tune spread影響越小。

圖6 2種閉軌情況下，DCCT束流強(qiáng)度下降比例隨三角形面積的變化關(guān)系Fig.6 DCCT drop ratio vs. separatrix areaunder the different closed orbits

增大水平工作點(diǎn)還有另一個(gè)好處。2種閉軌情況下，RF-KO的引出效率隨三角形面積的變化如圖7所示。

圖7 2種閉軌情況下，RF-KO引出效率隨三角形面積的變化關(guān)系Fig.7 RF-KO extraction efficiency vs. separatrixarea under the different closed orbits

由圖7可見(jiàn)，增大水平工作點(diǎn)之后，RF-KO引出效率最大時(shí)對(duì)應(yīng)的三角形面積變大了。三角形面積通常是根據(jù)最高的RF-KO引出效率確定的，增大工作點(diǎn)后最佳的三角形面積變大了，減少了由SR上升引起的DCCT束流強(qiáng)度下降。工作點(diǎn)增大后，最高引出效率對(duì)應(yīng)的三角形面積發(fā)生了變化，這與引出螺距的變化有關(guān)，引出螺距的表達(dá)式為

(3)

通過(guò)上述優(yōu)化，可有效降低SR上升引起的DCCT束流強(qiáng)度的下降。此外，降低引出前束流的發(fā)射度也是一個(gè)有效的手段，這需要提高注入器注入束流的品質(zhì)。

2.3 RF-KO引出效率的優(yōu)化

RF-KO引出階段，SR強(qiáng)度上升至最大值后保持不變，此時(shí)三角形的面積不變，通過(guò)RF-KO激勵(lì)束流發(fā)射度增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)慢引出。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，SR的強(qiáng)度及ES的位置、角度對(duì)引出效率有很大的影響。ES陽(yáng)極絲陣分別平行于參考軌道19 mm，22 mm及與參考軌道有一夾角時(shí)(在ES入口陽(yáng)極絲位于22 mm處，出口位于19 mm處，對(duì)應(yīng)圖中三角形標(biāo)志的曲線(xiàn))，RF-KO引出效率隨著三角形面積的變化關(guān)系如圖8所示，圖中紅線(xiàn)為模擬結(jié)果，黑線(xiàn)為實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中引出時(shí)高頻腔電壓為40 V，SR上升時(shí)間為100 ms，閉軌為2.2節(jié)中的閉軌2，即使用的都是2.2節(jié)中優(yōu)化后的參數(shù)。

圖8 RF-KO引出效率隨三角形面積的變化關(guān)系Fig.8 RF-KO extraction efficiency of simulationand experiment vs. separatrix area

由圖8可見(jiàn)，在引出效率隨三角形面積的變化趨勢(shì)上，實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果是一致的，因此，可利用模擬中束流損失的原因來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在模擬中束流損失的原因主要有3個(gè)：一是循環(huán)束在環(huán)內(nèi)循環(huán)時(shí)受到MS01處的管道孔徑限制而損失；二是引出束在ES陽(yáng)極絲處損失；三是引出束在ES陰極板處損失。

模擬中，分別在MS01、ES處設(shè)置孔徑限制。如在MS01處超出了孔徑限制，則認(rèn)為是循環(huán)束在環(huán)上損失，即束流損失原因一。將超出了ES的孔徑限制的這部分粒子稱(chēng)為引出束，對(duì)引出束在ES元件中繼續(xù)進(jìn)行跟蹤，如果ES中粒子的軌跡超過(guò)了ES的陽(yáng)極絲或陰極板的位置，認(rèn)為粒子損失，最終能通過(guò)ES出口的粒子才是實(shí)際被引出的粒子。在ES靜電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)作用下，粒子在ES引出通道中的軌跡為拋物線(xiàn)形，由于粒子都是負(fù)角度進(jìn)入ES，部分位置靠近陽(yáng)極絲的粒子會(huì)損失在陽(yáng)極絲處，即束流損失原因二。引出螺距過(guò)大時(shí)，在靜電場(chǎng)作用下，部分在ES入口處靠近陰極的粒子可能會(huì)在ES出口附近打在陰極上丟失，還有部分粒子因螺距過(guò)大在ES入口便超過(guò)了陰極板，即束流損失原因三。圖9為ES陽(yáng)極絲位于19 mm時(shí)，不同三角形面積下引出束在ES中的軌跡。圖中，紅線(xiàn)表示ES陽(yáng)極絲的位置，位于19 mm處，一條線(xiàn)代表一個(gè)粒子的軌跡；黑線(xiàn)代表能夠順利通過(guò)ES的粒子軌跡，為拋物線(xiàn)的形式；藍(lán)線(xiàn)代表的損失在陽(yáng)極絲的粒子軌跡。

(a) Separatrix area: 44.1π mm · mrad

由圖9可見(jiàn)，三角形面積越小，引出螺距越大，由于引出束在x方向的分布變寬，在陽(yáng)極絲上的損失的粒子有所減少；如三角形面積繼續(xù)減小，引出螺距過(guò)大時(shí)會(huì)有粒子丟失在陰極板上。

上述3個(gè)束流損失的原因與引出螺距有很大的關(guān)系，引出螺距越小，在陽(yáng)極絲處損失的粒子就越多；引出螺距越大，在陰極板處損失的粒子就越多；束流在環(huán)內(nèi)最后3圈的軌道也受到引出螺距的影響，引出螺距越大，最后3圈的軌道越大，循環(huán)束在環(huán)內(nèi)最后3圈時(shí)的損失也會(huì)越大。即引出螺距過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致引出效率的降低，因此存在一個(gè)最佳的引出螺距。引出螺距與三角形面積和ES的位置相關(guān)，圖10和圖11分別為陽(yáng)極絲位置相同、三角形面積不同和三角形面積相同、陽(yáng)極絲位置不同時(shí)引出束的相圖。

(a) Separatrix area: 19.6π mm · mrad

(a) Wires position:19 mm

由圖10和圖11可見(jiàn)，三角形面積越小、陽(yáng)極絲位置越大，引出螺距越大，可以解釋圖8中引出效率的變化規(guī)律。當(dāng)三角形面積較大時(shí)，引出螺距較小，在陽(yáng)極絲處的損失粒子較多；隨著三角形面積減小，引出螺距增大，引出效率增大；當(dāng)三角形面積縮小到與最佳引出螺距對(duì)應(yīng)時(shí)，引出效率達(dá)到最大；繼續(xù)縮小三角形面積，導(dǎo)致引出螺距過(guò)大，循環(huán)束在最后3圈的損失和引出束在陰極板的損失開(kāi)始增加，引出效率又開(kāi)始降低。這解釋了引出效率隨著三角形面積的變化規(guī)律。移動(dòng)ES陽(yáng)極絲的位置同樣會(huì)影響引出螺距。圖8中將陽(yáng)極絲由平行于參考軌道的22 mm移動(dòng)至19 mm，其余條件不變的前提下，引出螺距變短，只能靠縮小三角形面積來(lái)彌補(bǔ)引出螺距，導(dǎo)致引出效率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形面積變小。

綜上可知，三角形面積較大時(shí)，由于引出螺距較小，RF-KO引出效率較低，而為了減少SR上升過(guò)程中的引起的DCCT束流強(qiáng)度的下降則需較大的三角形面積，二者是矛盾的，解決矛盾的根本在于解決引出螺距較小時(shí)束流損失的問(wèn)題，即解決引出束在陽(yáng)極絲損失的問(wèn)題。調(diào)整ES的傾斜角度可減少引出束在陽(yáng)極絲損失[5]，引出束在ES中的軌跡為拋物線(xiàn)形，當(dāng)ES傾斜角度合適，陽(yáng)極絲與引出束軌道的包絡(luò)相切時(shí)，就可將ES陽(yáng)極絲陣的影響降到最低。實(shí)驗(yàn)中，將ES入口處陽(yáng)極絲位置固定為22 mm，調(diào)節(jié)出口處陽(yáng)極絲的位置，出口處位置為19 mm時(shí)效果最佳，ES長(zhǎng)度為0.8 m，此時(shí)ES整體的傾角為-3.75 mrad。由圖8的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，調(diào)整ES的角度之后，三角形面積較大時(shí)的引出效率得到了明顯的提高，不僅引出效率的最大值變大了，最大值對(duì)應(yīng)的三角形面積也變大了。最高的RF-KO引出效率達(dá)到89%，由SR上升引起的DCCT束流強(qiáng)度下降約為1 mA，加速后引出前的束流強(qiáng)度為22 mA，由此可得總引出效率為84%。

實(shí)驗(yàn)中還優(yōu)化了色品和引出分界線(xiàn)在ES入口處的角度等引出效率的影響因素，根據(jù)引出效率確定了最佳的參數(shù)。由2.2節(jié)可知，增大工作點(diǎn)會(huì)使得RF-KO引出效率最高值對(duì)應(yīng)的三角形面積變大。此外，閉軌也是一個(gè)很重要的引出效率的影響因素：SR處的閉軌會(huì)影響SR加電后的工作點(diǎn)變化；ES處的閉軌會(huì)影響ES入口陽(yáng)極絲到閉軌的距離進(jìn)而影響引出螺距及引出束在ES入口的角度；MS01處的閉軌會(huì)改變等效孔徑，影響循環(huán)束的損失。閉軌的影響最為復(fù)雜，需在后續(xù)的研究中進(jìn)一步的模擬與實(shí)驗(yàn)。

由圖8可見(jiàn)，雖然模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)上一致，但在數(shù)值上還有較大的差異，與模擬結(jié)果相比，實(shí)驗(yàn)的引出效率較低，特別是ES有傾角且三角形面積較大時(shí)尤為明顯。導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)與模擬差異可能的原因有：物理模擬計(jì)算所用的模型與實(shí)際的機(jī)器模型存在偏差，模擬中暫時(shí)未考慮閉軌偏差等因素；實(shí)驗(yàn)中引出效率是HEBT入口處的IC測(cè)量所得，引出束從ES傳輸?shù)絀C還需經(jīng)過(guò)一些元件，模擬中只計(jì)算了引出束在ES的損失，暫未考慮在其他元件的損失，因此模擬的引出效率會(huì)偏高?？赡苓€存在一些未知的束流損失原因，需進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

本文介紹了在XiPAF上進(jìn)行60 MeV慢引出調(diào)試時(shí)對(duì)引出效率的優(yōu)化方法，對(duì)SR上升階段DCCT束流強(qiáng)度的下降和RF-KO引出階段的引出效率進(jìn)行了優(yōu)化。在SR上升階段，DCCT束流強(qiáng)度的下降與高頻腔電壓、SR上升時(shí)間及水平工作點(diǎn)等因素有關(guān)。RF-KO引出階段的引出效率與引出螺距有很大的關(guān)系，調(diào)整ES的角度可有效提高三角形面積較大、引出螺距較小時(shí)的引出效率。優(yōu)化后，RF-KO引出效率最高能達(dá)到89%，總引出效率最高能達(dá)到84%，實(shí)驗(yàn)中引出效率與模擬結(jié)果還有一定的差距，有待進(jìn)一步的研究?jī)?yōu)化。