衍射极限环注入切割磁铁技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 童金 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 刘波 |
| 关键词 | 衍射极限环 注入引出 在轴注入 薄切割磁铁 漏场 涡流 |
| 英文摘要 | 随着现代加速器技术的深入发展,更高亮度和品质的同步辐射光成为用户进行科学实验的新追求。作为下一代光源发展的重要方向,衍射极限储存环(Diffraction-Limited Storage Ring,DLSR)光源的标识特征就是其储存环束流发射度低至辐射光的衍射极限,具有非常好的横向相干性,亮度也比第三代光源提高约两个量级,为生命科学、材料能源及医药化学等领域带来全新发展机遇。衍射极限储存环光源在lattice设计中通常采用多弯铁消色散(Multi-Bend Achromat,MBA)磁聚焦结构并增强四极磁铁,从而增加同步辐射阻尼,达到降低束流发射度的目的。另一方面,强聚焦导致束流色品需要补偿,而为补偿色品而增强的六极铁会引入强大的非线性,进而导致储存环光源的动力学孔径(Dynamic Aperture,DA)通常只有2至5 mm,比第三代同步辐射光源小约一个数量级。动力学孔径指标的大幅下滑导致很多在第三代光源已经成熟的技术无法继续沿用。在第三代同步辐射光源中,采用局部脉冲凸轨方式可以实现束流注入;但在小DA的DLSR中,采用在轴注入方式(分为在轴替换式注入和在轴纵向注入)或脉冲多极铁离轴注入等方式来实现束流注入。研究利用快冲击器(如strip-line kicker)搭配薄切割磁铁在轴注入的方式解决DLSR中传统局部脉冲凸轨方式束流无法注入的难题,重点聚焦薄切割磁铁的研制。文章先对切割磁铁相关参数和涡流屏蔽相关理论进行计算分析,进而对切割板小于1 mm的涡流板型切割磁铁开展有限元仿真分析,利用磁场分析软件Opera 2D Transient Analysis(TR)模块/3D ELEKTRA(TR)模块对薄切割磁铁主漏场及涡流场随时间演变等过程进行动态分析,重点关注在不同切割厚度下、不同励磁波形下以及不同切割板材料厚度配比下漏场指标的变化,从而得到薄切割磁铁切割板的厚度与材料最佳配比,以及包含励磁波形的综合最优解;同时也对磁铁温度分布进行了简要的仿真分析。薄切割磁铁的结构与工艺设计方面,重点关注了薄切割板结构和工艺的优化,特别是薄切割板的加工工艺以及与高磁导率屏蔽材料的贴合等。另外,也对一体胎具成型无氧铜线圈、无取向硅钢磁芯的冲压制片等工艺环节进行讨论分析。完成切割磁铁的总装集成后,搭建了包括点线圈、长线圈、半正弦波底宽脉冲励磁电源以及三维电动平台组成的动态磁场测量系统进行厚薄两块切割磁铁的磁场测量工作。为了更精确的对切割磁铁主漏场磁感应强度积分值进行测量,对测试用点线圈及长线圈所感应的电压值进行积分降噪处理,以提升该磁测系统对微弱漏场的探测能力;全面测试完成了切割磁铁主场间隙均匀性、端部场磁通密度分布以及涡流场随时间和距离的衰变特性,并与数值分析计算结果进行对比分析。三维动态计算和磁场相关参数实测均表明,该厚薄两块切割磁铁在主场均匀性、沿束流方向主场积分值以及切割板外3 mm处主漏场比值(优于0.1%)均能满足衍射极限储存环光源相应物理指标。最后,在设计、研制与测试完成的基础上进行了总结并提出了一系列优化措施。本课题的研究为未来先进光源储存环注入设计奠定了一定基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33871]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 童金. 衍射极限环注入切割磁铁技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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