[发明专利]一种粒子注入系统及环形粒子加速器

说明书

本申请公开了一种粒子注入系统及环形粒子加速器，其中，粒子注入系统利用跳变磁铁为注入束流提供预设周期的脉冲磁场，以使注入束流经过跳变磁铁的入射间隙时，传输速度方向发生跳变，也就是使注入束流的发射度相椭圆发生跳变，从而使得注入束流的发射度相椭圆落入环形粒子加速器接受度相椭圆内，进而完成注入束流的注入过程。并且由于跳变磁铁提供的脉冲磁场的脉冲宽度与环形粒子加速器的储存束流的回旋周期之比小于设定值，从而使得注入束流在进入环形粒子加速器后可以借助横向振荡振幅阻尼振荡衰减过程，被环形粒子加速器的射频加速电场捕获，同样由于脉冲磁场的脉冲宽度较小这一特点，使得该脉冲磁场不会对环形粒子加速器的储存束流产生扰动。

技术领域

本申请涉及加速器物理技术领域，更具体地说，涉及一种粒子注入系统及环形粒子加速器。

背景技术

环形粒子加速器不仅是探索粒子物理的重要装备之一，也是现代先进光源重要装备之一，向环形粒子加速器中注入粒子的过程也是环形粒子加速器工作的一个重要阶段。现有技术中向环形粒子加速器中注入粒子的过程，大多为采用冲击磁铁或凸轨磁铁组合移动环形粒子加速器接受度相椭圆，使得此接受度相椭圆覆盖注入束流发射度相椭圆的过程，俗称凸轨注入过程，具体过程参考图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(b)；图1(a)表示环形粒子加速器相椭圆被移动之前的示意图，图1(b)表示环形粒子加速器相椭圆中心大到最大凸轨之后的示意图，图1(c)表示环形粒子加速器相椭圆的移动中间过程的示意图，图1(d)表示环形粒子加速器相椭圆返回储存束流之后的示意图；在图1(a)-(d)中，标号A1表示所述环形粒子加速器的动力学孔径(Dynamic aperture)，标号A2表示储存束流，标号A3表示切割磁铁磁场(Septum magnetic field)。

显然，这样的注入过程，从机制上可称为移动环形粒子加速器接受度相椭圆的注入过程。此过程是借助一组冲击磁铁或凸轨磁铁移动环形粒子加速器横向接受度相椭圆，使得环形粒子加速器的闭轨(理想粒子轨道)在注入点邻域发生局部凸起，同时使得储存束流随着凸轨也在注入点上、下游邻域向来自注入器的束流轨道靠拢，使得环形粒子加速器的横向接受度相椭圆包含了入射束流的横向发射度相椭圆。或者因此我们说，此过程中入射束流的横向发射度相椭圆落入已经移位的环型环形粒子加速器横向接受度相椭圆内。以移动横向发射度相椭圆来实现入射束流(没有进入环形粒子加速器的注入束流)对环型环形粒子加速器注入，设计精确的凸轨注入系统对储存束流是没有扰动的。但是，多个冲击磁铁的组合运行时，来自多个冲击磁铁的脉冲启动时刻抖动与脉冲幅值跳动，会对储存束流产生扰动，严重时会导致储存束流丢失。

因此总的来说，凸轨注入过程存在一些问题，例如：移动环形粒子加速器接受度相椭圆的过程一般会对存储束流产生扰动，引起储存束流的不稳定；特别是为了维持环形粒子加速器的高亮度(或高功率)运行，采用凸轨注入的TOP-off注入模式，会持续增大对储存束流的扰动，从而可能造成存储束流的丢失。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种粒子注入系统及环形粒子加速器，以达到消除粒子注入过程中对环形粒子加速器的存储束流造成扰动过程的目的。

为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种粒子注入系统，应用于环形粒子加速器，所述粒子注入系统包括：单向磁铁和跳变磁铁；其中，

所述单向磁铁设置于所述环形粒子加速器的注入束流管道朝向闭轨一侧，用于向朝向所述闭轨一侧提供磁场，以改变注入束流的传输角度；

所述跳变磁铁具有入射间隙，所述入射间隙设置于所述环形粒子加速器的注入点下游的预设距离处，用于提供预设周期的脉冲磁场，所述脉冲磁场的脉冲宽度与所述环形粒子加速器的储存束流的回旋周期之比小于设定值，所述设定值小于1，以使所述注入束流经过所述入射间隙时，传输速度的方向发生跳变；

所述单向磁铁朝向所述跳变磁铁一侧与所述注入点重合。