事半功倍!使加速器光束损耗减少2倍,质子束强度提高20%!

  • 日期:08-19
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粒子加速器产生亚原子粒子束用于尖端科学。光束强度越大,研究粒子相互作用的机会就越多。增加强度的一种方法是将两个光束与称为滑动堆叠的技术相结合。然而,当它们组合时,光束的相互作用会导致不稳定。

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在这项新研究中,科学家们模拟了这些影响并得出结论,特殊的反馈将使光束更加稳定。然后科学家Nathan Eddy和Fermilab团队设计并实施了所需的反馈,使质子束强度增加了20%,光束损失减少了两倍。

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(Boco Park - Graphic)这种新方法改善了循环回路中的循环光束(位于图中池塘下方),这是费米实验室加速链的主要组成部分。照片:Reidar Hahn

两个光束不仅靠近在一起,而且它们的组成光束不断地相互“跳舞”,而在Fermi实验室的恢复环路(实验室加速器链的主要部件)中,每个光束由大约500个光束组成。这个高数字使耦合光束相互作用成为集体不稳定的强大来源。在一定程度上,由于两个光束滑动叠加光束的光束间距的连续变化,动态模型更加复杂。一个主要的影响是相互作用的粒子会相互撞击轨道。提出并分析了双光束系统的数学模型,提出了一种抑制偏差路径的反馈控制方法。

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在反馈系统中,放置在圆形加速器内的拾取传感器可以测量光束从预定轨道的偏移。放大器接收此信息并将其发送给踢球者,踢球者踢出偏离赛道组并将他们放在正确的路径上。在提出这一特殊反馈的想法之后不久,一个加速器团队设计并将设备安装到回收循环中。结果,光束能量损失几乎减半,光束强度增加了20%,质子束功率为700 kW,这是费米实验室加速器计划的目标!

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同时,解决了两个具有略微不同的旋转频率的多光束耦合不稳定性问题,例如费米环(RR)。描述了集群内模式之间的集群间增长率的共享。对RR进行一般分析;考虑使用色度和反馈来稳定光束的可能性。滑移堆叠是一种通过组合两束光来增加同步加速器中光束强度的方法。当第一光束沿轨道移动时,第二光束以略微不同的能量注入,当rf镜筒逐渐填充时,使第二光束沿第一光束滑动。一旦注入完成,当第一和第二光束彼此对齐时,足够高的射频电压将该对捕获到相同的光束中。