高电荷态ECR离子源引出的混合态离子束发射度测量研究

In order to study the beam quality of multi-species ion beams extracted from high charge state ECR ion source, a so called wien-filter with single wire device will be employed to measure the beam emittance at the exit of the ion source. The wien-filter is used to separate the ions with different Q/A, and the single wire is used to detect the beam envelope. By adjusting the current of the solenoid lens, which is placed just after the ion source exit, different beam envelopes will be recorded and then beam emittance can be calculated by using matrix method. With the project study, it is helpful to improve the understanding of the formation mechanism of the beam quality and to provide a strong support to the optimized commissioning of the ion source and efficient transmission of the beam both in theory and technology. Meanwhile, the project study will provide a basis for the existing beam line modification and new line design.

本项目旨在通过实验手段测量研究高电荷态ECR离子源引出的束流品质，拟采取的方案是：首先利用Wien-filter将不同电荷态的离子筛选出来，然后利用单丝记录在不同螺线管透镜（安装在离子源引出口）强度下的束流包络，利用矩阵方法，近似推算束流在引出口的发射度。本项目的研究将有助于更加深刻地认识离子源束流品质的形成机制，为离子源的最佳运行和束流的高效传输提供有力的理论技术支持，同时，为原有装置束流传输线改造与新装置的束流线优化设计提供可靠依据。

高电荷态ECR离子源是重离子加速器最主要的选择之一。离子源的束流品质决定后续束流传输与加速的效率以及传输线的设计。本项目针对高电荷态ECR离子源引出离子束流的发射度开展了实验测量与模拟分析研究。项目首先改进并研制了适当的发射度测量装置，通过测量并反推得到离子源出口离子在相空间的分布，最后将离子分布应用于束流动力学的模拟分析。项目还对离子源引出的混合态离子束空间电荷效应对束流发射度的贡献作了一定的实验研究和分析。项目研究表明：ECR离子源束流横向投影发射度具有耦合特性，造成束流耦合的因素有两个，一是束流旋转角动量不守恒，二是束流沿轴旋转；第二类耦合可以通过对束流施加适当的旋转作用而解除。另外，研究发现：ECR离子源引出的混合离子束可以获得良好的空间电荷补偿，离子源的状态是决定束流发射度最主要的因素。通过本项目，我们对高电荷态ECR离子源的束流品质有了新的、更加深入的认识。项目研究为近物所SFC注入线的调试与改进提供了更加有效的方案，并为新的ECR离子源束流传输线的设计提供有力的参考依据，具有重要的科学意义。