超低发射度电子储存环中基于双频高频系统相位调节的在轴纵向积累注入研究

Next generation circular synchrotron radiation light sources aims at an electron beam emittance approaching or even reaching the diffraction limit of X-ray photons. The lattice of such a kind of ultra-low emittance storage rings features very strong nonlinearity, and a very small dynamic aperture rendering traditional off-axis injection methods hard to achieve. On the basis of former proposals of on-axis injection schemes, Prof. Xu Gang from IHEP proposed a new idea to enable on-axis longitudinal accumulation of electron beam, based on the phase adjustment of a double-frequency RF system. This research project will conduct a detailed theoretical and simulation analysis of such an idea, clarify the key process that needs further experimental verification and propose possible experiment methods, which will lay a foundation for further proof of principle experiments. This project is an explorative study of a new injection method for ultra-low emittance storage rings, and will provide an valuable reference to the injection system designs of ultra-low emittance storage rings in the world, which is of practical importance.

电子束流发射度接近甚至达到X射线光子的衍射极限，是下一代环型同步辐射光源的发展方向。这类超低发射度储存环的磁聚焦结构具有极强的非线性，其较小的动力学孔径使得传统的离轴注入方式难以实现。在前人提出的在轴注入方法基础上，高能所徐刚研究员提出了一种新的设想，基于双频高频系统相位调节，来实现电子束流在轴的纵向积累注入。本项目将对这一设想的关键物理问题进行深入的理论和模拟研究，并明确需要进一步实验验证的重要环节和可能的实验方法，为以后进一步进行原理性验证实验奠定基础。本项目是对超低发射度储存环中新注入方法的探索性研究，将对国际上各种超低发射度储存环的注入系统设计提供直接的借鉴和参考，有着非常重要的现实意义。

基于多弯铁消色散单元（Multi-bend Achromat）的衍射极限环光源目前被广泛认为是除X射线自由电子激光装置之外的另一类第四代加速器光源。相比传统的离轴注入方式，在轴注入方式仅要求相对较小的动力学孔径，这为在衍射极限环光源lattice设计中实现更低发射度和更高亮度奠定了基础。然而这些新颖的在轴注入方式目前还未在先进同步辐射光源中进行过实际验证，相关的束流动力学研究仍是当前国际上衍射极限环光源的一个研究热点。本课题对基于双频高频系统参数调节的在轴纵向注入方案进行了系统研究，鉴于这种注入方式在高频系统调控和超导脉冲注入kicker等技术方面仍存在较大挑战。为了缓解这些技术风险，提出了基于增强器高能累积的在轴置换注入方案，并开展了相关的束流动力学研究。课题组在国内外学术期刊和会议文集共发表文章8篇，在国际会议上作5次口头报告。基于增强器高能累积的在轴置换注入方案被高能同步辐射光源所采纳，并保留未来开展基于双频高频系统参数调节的在轴纵向注入的实验研究的可能性。