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  • 事半功倍!使加速器光束损耗减少2倍,质子束强度提高20%

    事半功倍!使加速器光束损耗减少2倍,质子束强度提高20%

    粒子加速器为尖端科学产生亚原子粒子束,光束强度越大,研究粒子相互作用的机会就越多。增加强度一种方法是用一种叫做滑移叠加的技术来合并两束光。然而,当它们结合在一起时,光束的相互作用可能会导致不稳定。在新研究中,科学家模拟了这些影响,并得出结论,一个特殊的反馈将使光束更加稳定。然后科学家Nathan Eddy和Fermilab团队设计并实现了所需的反馈,结果是质子束强度增加了20%,光束损耗减少了两倍。

    事半功倍!使加速器光束损耗减少2倍,质子束强度提高20%

    滑移叠加使粒子束的强度加倍,然而使更容易不稳定和粒子损失。为了抑制这些不良影响,一项分析和由此产生的反馈,帮助为未来的粒子加速器铺平了道路,这些加速器依靠滑移叠加来实现高强度。通过将两束完全分开的光束堆叠起来,研究人员最大限度地增加了环中循环的粒子数量。这对于制造高强度光束是有好处的,但也有一个平衡。加速器产生的光束由称为束的粒子束组成,加速两束独立的光束是一种高度带电的情况。

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    • (博科园-图示)这种新方法改进了循环环中的循环梁(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。图片:Reidar Hahn

    这两束光束不仅距离很近,而且它们的组成束彼此不断地“跳舞”,在费米实验室的回收环中(实验室加速器链的主要组成部分)每束束由大约500束组成。

    (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

    如此高的数量使得耦合-束交互成为集体不稳定性的一个强大来源。在一定程度上,由于两束滑移叠加梁的束间距不断变化,使得动力学模型比较复杂。一个主要的影响是相互作用粒子将彼此撞出轨道。提出并分析了双光束系统的数学模型,一种抑制偏离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束离预定轨道的偏移量。放大器接收到这些信息,然后将其发送给踢球者,踢球者给偏离轨道的一组人一个踢球,使他们走上正确的道路。在这个特殊反馈的想法提出后不久,一个加速器团队设计并安装了这个装置到回收环中。结果束流能量损失几乎减半,束流强度提高了20%,质子束功率达到了700千瓦,这是费米实验室加速器计划的目标之!

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    同时解决了两个旋转频率略有不同的多束光束耦合不稳定性问题,如费米环(RR)。描述了簇内模式间簇间增长率的共享。将一般分析应用于RR;考虑了利用色度和反馈来稳定光束的可能性。滑移叠加是通过合并两束光来提高同步加速器中光束强度的一种方法。当第一束沿轨道运动时,第二束以稍微不同的能量注入,使其在rf桶逐渐充满时沿第一束滑动。一旦注入结束,当第一束和第二束光束相互排成一行时,足够高的rf电压就会将这些束对捕获到同一个束中。

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