事半功倍！使加速器光束損耗減少2倍，質子束強度提高20%！

2019-08-02 13:58 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

粒子加速器為尖端科學產生亞原子粒子束，光束強度越大，研究粒子相互作用的機會就越多。增加強度一種方法是用一種叫做滑移疊加的技術來合并兩束光。然而，當它們結合在一起時，光束的相互作用可能會導致不穩(wěn)定。

在新研究中，科學家模擬了這些影響，并得出結論，一個特殊的反饋將使光束更加穩(wěn)定。然后科學家Nathan Eddy和Fermilab團隊設計并實現(xiàn)了所需的反饋，結果是質子束強度增加了20%，光束損耗減少了兩倍。

滑移疊加使粒子束的強度加倍，然而使更容易不穩(wěn)定和粒子損失。為了抑制這些不良影響，一項分析和由此產生的反饋，幫助為未來的粒子加速器鋪平了道路，這些加速器依靠滑移疊加來實現(xiàn)高強度。通過將兩束完全分開的光束堆疊起來，研究人員最大限度地增加了環(huán)中循環(huán)的粒子數量。這對于制造高強度光束是有好處的，但也有一個平衡。加速器產生的光束由稱為束的粒子束組成，加速兩束獨立的光束是一種高度帶電的情況。

（博科園-圖示）這種新方法改進了循環(huán)環(huán)中的循環(huán)梁(位于圖中池塘下方)，這是費米實驗室加速鏈的主要組成部分。圖片：Reidar Hahn

這兩束光束不僅距離很近，而且它們的組成束彼此不斷地“跳舞”，在費米實驗室的回收環(huán)中（實驗室加速器鏈的主要組成部分）每束束由大約500束組成。如此高的數量使得耦合-束交互成為集體不穩(wěn)定性的一個強大來源。在一定程度上，由于兩束滑移疊加梁的束間距不斷變化，使得動力學模型比較復雜。一個主要的影響是相互作用粒子將彼此撞出軌道。提出并分析了雙光束系統(tǒng)的數學模型，一種抑制偏離路徑的反饋控制方法。

在反饋系統(tǒng)中，放置在圓形加速器內的拾取傳感器可以測量束離預定軌道的偏移量。放大器接收到這些信息，然后將其發(fā)送給踢球者，踢球者給偏離軌道的一組人一個踢球，使他們走上正確的道路。在這個特殊反饋的想法提出后不久，一個加速器團隊設計并安裝了這個裝置到回收環(huán)中。結果束流能量損失幾乎減半，束流強度提高了20%，質子束功率達到了700千瓦，這是費米實驗室加速器計劃的目標之！

同時解決了兩個旋轉頻率略有不同的多束光束耦合不穩(wěn)定性問題，如費米環(huán)(RR)。描述了簇內模式間簇間增長率的共享。將一般分析應用于RR；考慮了利用色度和反饋來穩(wěn)定光束的可能性?；漂B加是通過合并兩束光來提高同步加速器中光束強度的一種方法。當第一束沿軌道運動時，第二束以稍微不同的能量注入，使其在rf桶逐漸充滿時沿第一束滑動。一旦注入結束，當第一束和第二束光束相互排成一行時，足夠高的rf電壓就會將這些束對捕獲到同一個束中。