储存环

更新时间:2023-01-03 10:43

储存环是一台环形加速器,用以储存3.5GeV的电子束并发出高品质的同步辐射光,由磁铁、电源、机械、真空、注入、高频、束测、插入件和控制等系统组成。

发展历史

储存环的建造始于60年代,现在世界上已有数十台不同带电粒子的储存环,它们除用于高能物理,重粒子物理外,主要用于同步辐射

作用

带电粒子储存环的主要功能不在于加速粒子,而主要用于积累带电粒子,即不断地让具有较高能量的粒子注入并进行积累,使储存的束流达到要求值并较长时间地在加速器中循环。当然积累足够的带电粒子后也可以将它们加速到更高能量,然后在同一机器内进行长时间的储存,以供试验用。

工作原理

束流的积累和储存在正负电子加速器中较为容易,这是因为正负电子在储存环中有辐射阻尼现象,束团尺寸会因辐射阻尼而逐渐变小。因此利用这一现象可以重复地注入电子或正电子。当电子从注入器注入到储存环,且当注入的束团几乎充满了储存环真空室,不能再注入电子时,由于自由振荡和同步辐射以及不断地由高频腔给电子提供补充能量,使其自由振荡的振幅越来越小。这一现象叫做辐射阻尼。

其结果使电子的横向运动振幅按以下规律变化:

式中 为注入时自由振荡振幅, 是自由振荡阻尼时间。

从式中可以看出,经过2—3倍阻尼时间后振幅已变得小得多了,这就意味着束团尺寸已由注入末了时的满真空室变得只占真空室的十分之一的空间了。因此又可以进行注入使电子充满储存环真空室,而后再等待2—3倍阻尼时间,又进行注入,这样的过程重复多次,即一次又一次地进行注入,最后使储存环中积累了大量的电子(正电子),这样就提高了储存环中的粒子数。

要求条件

由于在储存环中束流停留时间较长,因此要求真空条件很高,一般需好于10-7Pa,如西欧中心CERN的交叉质子储存环的真空度为10-8Pa。

提高粒子数方法

在储存环中积累电子的方法不适宜于质子和其他较重的粒子,因为它们没有辐射阻尼现象,注入过程很难多次进行。注入一次后,一旦储存环中横向相空间已被填满,再注入就不可能了。所以只能用别的办法提高环中的粒子数,如采用负离子注入,一次多团注入等。

自70年代以来,为了提高粒子数和束流性能,采取电子冷却和随机冷却的方法来提高加速器中的粒子数。所谓“电子冷却”、“随机冷却”是用发射度很好的电子(其速度与质子相等)来冷却横向动量较大的质子,最后使加速器中带电粒子发射度变小,这样就使加速器的接受相空间空下来用于再一次注入,往复多次可提高储存环中的粒子数。

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