《电子存储环物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九讲 储存环 Lattice、极化束流

电子储存环物理 第九讲储存环ate; 极化束流

第九讲 储存环Lattice; 极化束流

O动力学孔径 磁铁聚焦结构 Lattice)类型 O最小束流发射度的聚焦结构 O储存环聚焦结构设计中的比例定律 O同步辐射积分 O正负电子储存环中的极化東流

 动力学孔径  磁铁聚焦结构(Lattice)类型  最小束流发射度的聚焦结构  储存环聚焦结构设计中的比例定律  同步辐射积分  正负电子储存环中的极化束流

由弯铁辐射亮度计算公式可以看岀:要提高光光源的亮度, 可以提高能量、减小发射度、提高流强。 3cy△oI 2T o ea le kss(n dn 4zoaσo,(△O/o) a2,(o20/3 xOOy≈x3y (1)能量受到成本的限制,提高能量需提高弯铁的曲率半径 提高弯铁的磁场 圆周运动:F c 磁刚度:Bp E ec Be 洛仑兹力:F=eCB ②2)高流强需要克服束流不稳性,需要足够的动力学孔径,需 要足够的束流寿命 (3)减小发射度,采用合理的磁铁聚焦结构① attle),最小发射 度的聚焦结构 *度郑会受到的

( ) ( ) ( ) ( 1 ) ' 5/3 2 2 2 2/3 2 2 2 2 2 3 2 B 2 c c r y x r y y y I K d e                          = + + + +  由弯铁辐射亮度计算公式可以看出：要提高光光源的亮度， 可以提高能量、减小发射度、提高流强 。 (2) 高流强需要克服束流不稳性，需要足够的动力学孔径，需 要足够的束流寿命 2 0 mc F E B ec F ecB    =   =  =  圆周运动: 磁刚度: 洛仑兹力: E0 Bec  = (3) 减小发射度，采用合理的磁铁聚焦结构(Lattice)，最小发射 度的聚焦结构 (1) 能量受到成本的限制，提高能量需提高弯铁的曲率半径， 提高弯铁的磁场 *亮度还会受到衍射极限的限制 2 4 ' '( / ) ph x x y y N B        =  ' '       x x y y x y 

动力学孔径 O动力学孔径的定义为粒子 运动不会损失的最大横向 PEP-I HER Bare Lattice 相空间。它是电子能够保 2-Dymammic Apeture Plot 持稳定运动的横向边界。 O基于单粒子动力学效应, 用数值粒子跟踪的方法获 得。有许多程序可用于粒 子跟踪的模拟计算,如 PATRICIA MAD Xlnitial amplitude(cm) SIXTRACK等。 图9.5动力学孔径

动力学孔径  动力学孔径的定义为粒子 运动不会损失的最大横向 相空间。它是电子能够保 持稳定运动的横向边界。  基于单粒子动力学效应， 用数值粒子跟踪的方法获 得。有许多程序可用于粒 子跟踪的模拟计算 ， 如 PATRICIA ， MAD ， SIXTRACK等

储存环中的负色品会引起束流的头尾不稳定性,一般 用六极磁铁来校正,使色品变为零或稍正。因为六极 磁铁是一种非线性元件,它的非线性场会导致束流孔 径的减小。在储存环的设计中,要合理的安排六极铁 并力求六极场的强度尽量小,以扩大动力学孔径 o此外,其它的非线性场,如用以增加朗道阻尼的八极 磁铁,以及各种磁铁制造中产生的高阶场都会导致动 力学孔径的减小,在设计时应综合考虑 个储存环是否有足够大的动力学孔径来保证储存足 够大的流强和足够长的束流寿命是非常重要的。因此, 在储存环的设计阶段,当储存环的聚焦结构及其参数 被确定时,要精确计算并尽量增大它的动力学孔径

 储存环中的负色品会引起束流的头尾不稳定性，一般 用六极磁铁来校正，使色品变为零或稍正。因为六极 磁铁是一种非线性元件，它的非线性场会导致束流孔 径的减小。在储存环的设计中，要合理的安排六极铁， 并力求六极场的强度尽量小，以扩大动力学孔径  此外，其它的非线性场，如用以增加朗道阻尼的八极 磁铁，以及各种磁铁制造中产生的高阶场都会导致动 力学孔径的减小，在设计时应综合考虑  一个储存环是否有足够大的动力学孔径来保证储存足 够大的流强和足够长的束流寿命是非常重要的。因此， 在储存环的设计阶段，当储存环的聚焦结构及其参数 被确定时，要精确计算并尽量增大它的动力学孔径

磁铁聚焦结构类型

磁铁聚焦结构类型

色散的产生 能量越大的电子,弯转时保持直线前进的能力越强,被弯转的 幅度越小;因此,具有一定纵向能散的电子束通过弯铁后会出现色 散(横向散开),显然发射度的大小也是由弯铁的参数决定 △x()=)△E E △E Bec Bec 色散轨道(5>0) △△z 动量分散函数n的定义 △ 动量紧缩因子的定义A= △E C 7(=) dz P L△

能量越大的电子，弯转时保持直线前进的能力越强，被弯转的 幅度越小；因此，具有一定纵向能散的电子束通过弯铁后会出现色 散(横向散开)，显然发射度的大小也是由弯铁的参数决定 色散的产生 ( ) ( ) ( ) 0 0 E p x z z z E p      = = E0 E Bec Bec    =  = 动量分散函数η的定义 0 0 0 l E p L E p      动量紧缩因子的定义 = = l z x    =  ( ) ( ) 0 0 0 1 1 bend l z z dz L x L R       = = =  

色散的消除 O电子储存环一般都具有消色散的长直线节,用以安装插入 元件。因此电子束进入长直线节之前,须消除色散,除了 需要四极铁用以聚焦及调节磁场;还需要更多匹配的弯铁 消除因首块弯铁产生的色散;同时还需要为了消除负色品 的六极铁,以克服束流不稳定性。 这些磁铁沿束流设计轨道的排列就叫做磁铁聚 僬结构,通常称一个聚焦结构周期为一个cell OF QF B

这些磁铁沿束流设计轨道的排列就叫做磁铁聚 焦结构，通常称一个聚焦结构周期为一个cell 色散的消除  电子储存环一般都具有消色散的长直线节，用以安装插入 元件。因此电子束进入长直线节之前，须消除色散，除了 需要四极铁用以聚焦及调节磁场；还需要更多匹配的弯铁 消除因首块弯铁产生的色散；同时还需要为了消除负色品 的六极铁，以克服束流不稳定性

20世纪 DBA 辐射的储存 环,特别是 要有两种类 型,一种是 nasman Green结 TBA DE B 有三块 弯铁。'-n B 世纪70 年代提L |v飞 吉构 (每 QBA 布局 如图 B B B 口■ 〔流发 射度 TE FBA A SBA B 四u■口u■

20世纪80年代以后、2010年以前建成的专用于同步辐射的储存 环，特别是低束流发射度的储存环的磁铁聚焦结构，主要有两种类 型，一种是DBA( Double Bending Achromat)结构，也叫Chasman￾Green结构，另一种是TBA (Triple Bending Achromat)结构。 DBA结构是每个周期有两块弯铁，而TBA结构每个周期有三块 弯铁。它们在长直线节都是消色差的。这两种聚焦结构是20世纪70 年代提出来的，20世纪90年代又有人提出QBA，FBA，SBA结构 （每个周期分别有四块弯铁、五块弯铁，七块弯铁），它们的布局 如图9.1所示。 在光源储存环的聚焦结构类型的选择和设计中，都希望束流发 射度尽量小。在能量相同的储存环中，在相同数量的弯铁的情况下， TBA结构的束流发射度比DBA结构的束流发射度小。类似的，QBA 结构的束流发射度又比TBA小，FBA结构的束流发射度比QBA小， SBA结构的束流发射度比FBA小。但另一方面，动力学孔径也依 DBA， TBA．QBA，FBA，SBA的次序逐渐缩小。在同步辐射光源 储存环的磁铁聚焦结构设计中，一方面要使它的束流发射度尽量小， 另一方面又要使它的动力学孔径足够大。这就要求设计者两方面都 考虑到，取一个合适的折衷方案

DBA聚焦结构 DBA利用两块B铁和一块(或几块)Q铁构成,调整Q铁的强度,使由 第一块B铁产生的色散在第二块B铁中恰好被完全补偿,因此这块Q铁不提 供聚焦作用,这样的结构不灵活。一般在B铁之外添加一组(2、3块)Q 铁对 TWISS参数进行匹配,使 lattice工作在最佳发射度上。ISII采用。 symmetry point DBA基本结构 dispersion ACHROMAT 上海光源聚焦结构,全环共20个cl 匹配弯铁 匹配弯铁 左端η=0 右端η=0 一叫 二极铁四极铁六极铁

二极铁 四极铁 六极铁 DBA利用两块B铁和一块（或几块）Q铁构成，调整Q铁的强度，使由 第一块B铁产生的色散在第二块B铁中恰好被完全补偿，因此这块Q铁不提 供聚焦作用，这样的结构不灵活。一般在B铁之外添加一组（2、3块）Q 铁对TWISS参数进行匹配，使lattice工作在最佳发射度上。HLS II采用。 上海光源聚焦结构(DBA)，全环共20个cells DBA基本结构 匹配弯铁 左端η=0 匹配弯铁 右端η=0 DBA聚焦结构