中国科学院高能物理研究所团队在束团压缩器物理设计领域取得突破性进展

　　【仪表网 研发快讯】近日，高能物理研究所焦毅研究员团队在束团压缩器物理设计领域取得突破性进展。
 

　　束团压缩器，特别是对称的C形chicane束团压缩器，在先进加速器光源及对撞机中，被广泛用于产生kA量级高峰值流强的高品质电子束。然而，进一步提升峰值流强面临的关键瓶颈是相干同步辐射效应(CSR效应)对束流品质的显著影响。针对该挑战，研究团队在国际上首次建立了chicane束团压缩器可解的CSR效应物理模型；并基于该模型，提出了新型的、天然抵消CSR线性效应的非对称的C形和S形chicane压缩器。研究显示，利用这些新型压缩器，在将峰值流强进一步提升至10 kA以上时，仍能实现束流的高品质保持。该工作对现有加速器装置性能提升以及新一代加速器光源和新一代环形正负电子对撞机的建设具有重要的应用价值和指导意义。
 

　　相关研究成果发表于《New Journal of Physics》期刊(一篇)和《Physical Review Accelerators and Beams》期刊(两篇，其中一篇被评选为“编辑推荐文章”(Editors’ Suggestion))[1-3]，高能所博士生曾凡聪为第一作者，焦毅研究员，刘伟航高级工程师，华中科技大学蔡承穎教授为通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金面上项目、优秀青年科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。
 

　　由于CSR效应机制复杂，如何有效抑制其影响是加速器领域近二十年来长久未决的国际性难题。团队负责人焦毅研究员长期致力于CSR效应的相关研究，并于2014年首次提出了用于解析分析CSR效应的“二维-点力”模型及方法 [4]。该方法将弯铁内复杂的CSR效应简化为水平二维相空间中的一个“点力”，显著简化了弯铁传输段内CSR效应的束流动力学分析，从而允许解析得到完全抵消CSR线性效应的普适性条件。据此提出的双弯铁消色散结构设计方案，其抑制效果远优于国际同行提出的其他方案。基于该模型和方法，研究团队突破传统的对称型几何设计思路，先后提出了对CSR效应“免疫”的新型束团传输段设计(包括双弯铁和三弯铁消色散结构[4,5])和新型束团压缩器设计(包括双弯铁消色散和chicane结构[1-3,6])。这些工作形成了系统的对CSR效应“免疫”的束流传输系统的理论及设计框架，为新一代光源及对撞机的电子束高品质传输设计提供了创新思路。相关模型和方法已在国际下一代大型加速器—未来环形正负电子对撞机(FCC-ee)、国际首台第四代同步辐射光源MAX IV直线加速器驱动的自由电子激光、日本KEK实验室的能量回收型直线加速器等加速器设计中被采用 [7-9]。