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电子储存环上束流自发极化的研究及应用

作　者: 张剑锋
导　师: 徐宏亮；孙葆根；吴英；赵午
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 核技术及应用
关键词: 电子自旋极化束流极化时间退极化 Thomas-BMT方程束流寿命 Touschek寿命自旋共振共振退极化束流能量测量
分类号: TL594
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

储存环上电子的电磁辐射会导致束流自发极化的建立。不考虑储存环上的退极化效应,电子储存环上束流的自发极化可以高达92.38%。电子束流的这种特性可用做储存环上束流的测量诊断手段,用于束流的能量以及线性和非线性动量紧缩因子的测量。储存环上电子束流自发极化的理论,束流自发极化的测量以及电子束流自发极化在储存环上的应用,在中国还没有被系统地研究过。本论文将以合肥电子储存环和Duke电子储存环为例,对电子束流的这三个方面进行系统地研究。本论文第一章首先介绍电子自旋和束流极化的历史,并简述极化束流在加速器上的主要应用。第二章关于电子自旋以及储存环上电子束流自发极化的理论,并介绍相关软件SLIM,最后给出用SLIM计算合肥电子储存环上和Duke电子储存环上束流自发极化的结果。第三章是关于电子储存环上束流寿命的研究以及束流寿命相关实验,在这一部分着重指出束流的Touschek寿命和束流极化之间的关系,如何用实验测量动量接受度以及实验上判断储存环上的束流寿命是Touschek寿命为主。第四章讨论利用Touschek寿命测量束流极化的实验,在此章中以Duke电子储存环上1.15GeV的束流为例,给出相关实验,并对实验方法和实验结果进行详细讨论。第五章介绍利用电子自旋共振退极化测量束流能量的实验装置,在此章中详细给出如何选择实验装置和实验参数,最后给出相关实验装置的调试结果,以及有关的控制程序。由于实验条件的限制,本论文没有给出利用电子自旋共振测量束流能量的实验结果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章导言  12-26
  1.1 电子自旋和电子束流的极化  12-13
    1.1.1 电子自旋  12
    1.1.2 电子束流的极化  12-13
  1.2 极化束流在加速器上的应用  13-16
    1.2.1 极化对撞机在高能物理上的应用  13-14
    1.2.2 极化电子束流在加速器束流诊断上的应用  14-16
  1.3 合肥电子储存环的概况和主要参数  16-17
  1.4 Duke电子储存环的概况和主要参数  17-18
  1.5 论文的内容简介  18-21
    1.5.1 电子储存环上束流极化的理论  18-19
    1.5.2 电子束流的寿命  19-20
    1.5.3 电子束流自发极化的测量  20-21
    1.5.4 电子自旋共振退极化测量束流能量的实验装置  21
  1.6 论文的创新点  21-24
  参考文献  24-26
第2章电子储存环上束流的自发极化  26-58
  2.1 单个电子自旋的基本概念  26
  2.2 电子束流极化的机制  26-28
  2.3 Sokolov-Ternov效应  28
  2.4 电子的轨道运动和电子的自旋运动  28-30
    2.4.1 轨道运动坐标系和自旋运动坐标系  28-29
    2.4.2 同步辐射对电子轨道运动和自旋运动的影响  29
    2.4.3 Lorentz力方程和Thomas-BMT方程  29-30
  2.5 电子束流极化的运动方程  30-40
    2.5.1 Themas-BMT方程  31-33
    2.5.2 Sokolov-Ternov公式  33-36
    2.5.3 Debernov-Kondratenko(D-K)公式  36-40
  2.6 自旋传输矩阵算法:SLIM  40-49
    2.6.1 线性lattice中的电磁元件  42-44
    2.6.2 闭合轨道的传输矩阵元  44-46
    2.6.3 偏离闭合轨道分量的传输矩阵  46-47
    2.6.4 电子自旋闭合轨道n|^和自旋分量α|-，β|-的传输矩阵  47-49
  2.7 SLIM应用实例  49-55
    2.7.1 电子自旋共振  50-51
    2.7.2 SLIM在合肥电子储存环上的应用  51-54
    2.7.3 SLIM在Duke电子储存环上的应用  54-55
  2.8 总结  55-56
  参考文献  56-58
第3章储存环上的电子束流寿命及相关实验  58-82
  3.1 电子束流的寿命  58
  3.2 限制束流寿命的孔径  58-60
  3.3 量子寿命  60-61
  3.4 真空寿命  61-64
  3.5 Touschek寿命  64-71
    3.5.1 用于同步辐射光源的电子储存环上的Touschek寿命  64-65
    3.5.2 非极化电子束流的Touschek寿命  65-68
    3.5.3 极化电子束流的Touschek寿命  68-71
  3.6 电子储存环上Touschek寿命相关的实验  71-81
    3.6.1 测量电子储存环的高频接受度  72-75
    3.6.2 测量电子储存环的纵向动量接受度  75-76
    3.6.3 验证电子储存环上的束流寿命是Touschek寿命为主  76-81
  参考文献  81-82
第4章用Touschek寿命测量束流的自发极化  82-122
  4.1 储存环中电子束流自发极化的测量  82-86
    4.1.1 Compton极化装置和M(o|¨)ller极化装置  82-83
    4.1.2 用Touschek寿命来测量束流极化  83-86
  4.2 验证用Toushcek寿命测量束流极化的实验条件  86-96
    4.2.1 束流的不稳定性以及机器稳定性的检测  86-89
    4.2.2 机器重复性的检测  89-90
    4.2.3 束流重复性的检测  90-93
    4.2.4 两组非极化束流的寿命  93-94
    4.2.5 减小束流寿命的测量误差  94-96
  4.3 多束团模式下束流极化的测量  96-100
  4.4 单束团模式下束流极化的测量  100-102
  4.5 实验数据的分析  102-107
    4.5.1 束流寿命的测量误差  103-105
    4.5.2 束流寿命的拟合误差  105-106
    4.5.3 拟合束流寿命的算法  106-107
  4.6 多束团模式下束流的极化  107-116
    4.6.1 混合束流的极化  109-115
    4.6.2 多束团模式下束流的极化  115-116
  4.7 单束团模式下束流的极化  116-117
  4.8 总结  117-120
  参考文献  120-122
第5章电子自旋共振退极化测量束流能量  122-158
  5.1 自旋共振退极化测量束流能量的实验原理  124-126
  5.2 自旋共振退极化测量束流能量的实验装置  126-127
  5.3 退极化条带  127-142
    5.3.1 退极化磁场的扫频中心频率和扫频步长  128-129
    5.3.2 退极化条带的位置和自旋反馈函数F(s)  129-132
    5.3.3 退极化磁场的理论模拟  132-134
    5.3.4 退极化磁场的数值模拟  134-138
    5.3.5 退极化时间  138-140
    5.3.6 合肥储存环上自旋共振退极化测量束流能量的实验参数  140-141
    5.3.7 Duke储存环上自旋共振退极化测量束流能量的实验参数  141-142
  5.4 闪烁体探测器  142-148
    5.4.1 电子和真空壁相互作用的Monte-Carlo模拟  143-147
    5.4.2 合肥储存环上的闪烁体探测器  147-148
  5.5 合肥储存环上共振退极化测量束流能量的其它电子学元件  148-151
  5.6 计数控制系统的实验初步测试结果  151-153
  5.7 总结  153-154
  参考文献  154-158
第6章结论和展望  158-160
  6.1 电子储存环上束流自发极化的理论  158
  6.2 环上束流寿命的理论以及相关的实验  158
  6.3 利用Touschek寿命测量束流的自发极化  158
  6.4 电子自旋共振退极化测量束流能量的装置  158-159
  6.5 下一步工作展望  159-160
致谢  160-162
在攻读博士学位期间发表的论文  162

电子储存环上束流自发极化的研究及应用

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