中國科學院高能物理研究所團隊在束團壓縮器物理設計領域取得突破性進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，高能物理研究所焦毅研究員團隊在束團壓縮器物理設計領域取得突破性進展。
 

　　束團壓縮器，特別是對稱的C形chicane束團壓縮器，在先進加速器光源及對撞機中，被廣泛用于產生kA量級高峰值流強的高品質電子束。然而，進一步提升峰值流強面臨的關鍵瓶頸是相干同步輻射效應(CSR效應)對束流品質的顯著影響。針對該挑戰，研究團隊在國際上首次建立了chicane束團壓縮器可解的CSR效應物理模型；并基于該模型，提出了新型的、天然抵消CSR線性效應的非對稱的C形和S形chicane壓縮器。研究顯示，利用這些新型壓縮器，在將峰值流強進一步提升至10 kA以上時，仍能實現束流的高品質保持。該工作對現有加速器裝置性能提升以及新一代加速器光源和新一代環形正負電子對撞機的建設具有重要的應用價值和指導意義。
 

　　相關研究成果發表于《New Journal of Physics》期刊(一篇)和《Physical Review Accelerators and Beams》期刊(兩篇，其中一篇被評選為“編輯推薦文章”(Editors’ Suggestion))[1-3]，高能所博士生曾凡聰為第一作者，焦毅研究員，劉偉航高級工程師，華中科技大學蔡承穎教授為通訊作者。上述工作得到了國家自然科學基金面上項目、優秀青年科學基金、國家重點研發計劃等項目的支持。
 

　　由于CSR效應機制復雜，如何有效抑制其影響是加速器領域近二十年來長久未決的國際性難題。團隊負責人焦毅研究員長期致力于CSR效應的相關研究，并于2014年首次提出了用于解析分析CSR效應的“二維-點力”模型及方法 [4]。該方法將彎鐵內復雜的CSR效應簡化為水平二維相空間中的一個“點力”，顯著簡化了彎鐵傳輸段內CSR效應的束流動力學分析，從而允許解析得到完全抵消CSR線性效應的普適性條件。據此提出的雙彎鐵消色散結構設計方案，其抑制效果遠優于國際同行提出的其他方案。基于該模型和方法，研究團隊突破傳統的對稱型幾何設計思路，先后提出了對CSR效應“免疫”的新型束團傳輸段設計(包括雙彎鐵和三彎鐵消色散結構[4,5])和新型束團壓縮器設計(包括雙彎鐵消色散和chicane結構[1-3,6])。這些工作形成了系統的對CSR效應“免疫”的束流傳輸系統的理論及設計框架，為新一代光源及對撞機的電子束高品質傳輸設計提供了創新思路。相關模型和方法已在國際下一代大型加速器—未來環形正負電子對撞機(FCC-ee)、國際首臺第四代同步輻射光源MAX IV直線加速器驅動的自由電子激光、日本KEK實驗室的能量回收型直線加速器等加速器設計中被采用 [7-9]。