用于EicC电子冷却的ERL初步物理设计及模拟研究
Preliminary physical design and simulation study of an ERL for electron cooling at EicC
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作者：
杨鑫
1,2
赵全堂
1,2
袁肖肖
1
袁平
1,2
张子民
1,2
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作者单位：
- 通讯作者：
赵全堂
Email:zhaoquantang@impcas.ac.cn
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提交时间：2026-04-16 05:56:57
摘要: 为满足中国电子—离子对撞机电子冷却系统对电子束源的大电荷量、高重复频率、长脉冲、低发射度与低能散要求，提出一套基于能量回收直线加速器的前端物理设计方案，并围绕强空间电荷效应与高阶非线性耦合两大核心问题开展束流动力学模拟与优化研究。注入器采用162.5 MHz四分之一波长超导射频光阴极电子枪、650 MHz聚束腔、单腔增强段及1.95 GHz三次谐波腔协同构型，通过遗传算法对激光光斑尺寸、脉冲长度、腔体相位与梯度、螺线管磁场等参数进行全局优化。并束段对比评估了四种典型结构，揭示了二阶路径长度系数与纵向电荷密度梯度协同导致发射度在并束段增长的物理机制。主加速段采用三腔模组化设计，每个腔包含两个加速单元，返航束线中180°弯转段采用对称多磁铁构型抑制高阶像差，路径调节段仅用于相位匹配。结果表明，注入器出口处束流能量3.5 MeV，归一化发射度1.4 mm·mrad，相对能散0.46‰；并束段中多磁铁小偏转角构型发射度增长最小；主加速段出口能量10.4 MeV，发射度2.5 mm·mrad，能散0.47‰；返航相位调节实现理论能量回收效率接近100%。全局模拟显示，冷却段入口束流参数达到设计目标。本研究验证了大电荷量长束团参数下能量回收直线加速器物理设计的可行性，为未来中国电子—离子对撞机电子冷却ERL提供参考。
版本历史
| [V1] |
2026-04-16 05:56:57 |
ChinaXiv:202604.00227V1
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