用于激光驱动质子束测量的腔式束流位置探测器模拟研究

Abstract: Accordingtolow-emittance,short-pulseandlow-charge-in-single-bunchpropertiesoflaserdrivenprotonbeam,westudythefeasibilityofcavitybeam position monitor(BPM)to measurethetransverse positionofprotonbeam generatedbylaseraccelerator.Inviewofthelargetransversedistributionanddivergenceangleofprotonbeam,wederivetheoutputsignalwhenitgoesthroughthecavityBPM,andtheresult showsthattheoutputsignalisidenticaltothatgeneratedbythebeam passingthroughthesymmetrycenterof thetransversedistributionandatacertainangleofinclination.Basedontheaboveprinciple,weuseCSTsoftwareto design and simulatecavity BPM,and determinethescheme ofrectangularcavity with coupling waveguide.Wediscusstheapplicabilityofthisschemeforlaser-acceleratedbeamandtheresolutionofdifferent laser-drivenprotonbeam parameters,andestimatetheresolutionofPWlaseraccelerationsystem.
* 收稿日期:2019-01-18; 修订日期:2019-03-26 基 金 项 目 :国 家 重 大 科 学 仪 器 设 备 开 发 专 项 (2012YQ030142) 作 者 简 介 :李 成 财 (1993- ),男 ,硕 士 研 究 生 ,从 事 激 光 加 速 器 方 面 研 究 ;1601210146@。 通信作者:朱 昆(1977-),男,高级工程师,从事加速器技术及应用方面研究;zhukun@。 林 晨(1982-),女,研究员,从事激光加速器方面研究;lc0812@。
针对 PW 级激光驱动质子; 大横向分布; 发散角
中图分类号: TL506
文献标志码: A doi:10.11884/HPLPB201931.190020
Cavitybeampositionmonitorinlaser-drivenprotonaccelerator
065101-1
强激光与粒子束
1 腔式 BPM 对激光驱动质子束流的响应
Keywords: cavityBPM; laser-drivenproton; largetransversedistribution; divergenceangle PACS: 41.75.Jv; 41.85.Qg
激光等离子体加速器可以达到 TV/m 的加速梯度,在极短的距离便可将 离 子 加 速 到 较 高 能 量[1-2],在 医 用 等方向具有重大应用潜力[3],相关应用要求我们必须精准测量束流横向位置。激光驱动质子束流具有短脉 冲、 低电量等性质,常见于质子装置的 BPM,如斜切型 BPM[4],shoeboxBPM[5]难 以 满 足 要 求,而 电 子 装 置 中 的 腔 式 BPM[6]具有精确测量低电量束流位置的能力,因此我们 探 索 在 激 光 驱 动 质 子 装 置 中 使 用 腔 式 BPM 的 可 行 性,以期望其实现束流位置的精确测量并伴随激光等离子加速器广泛应用到医疗等 领 域。本 文 根 据 激 光 驱 动 质子束流的特点,推导了其通过腔式 BPM 的输出信号,基于该原理进行了腔式 BPM 的设计和优化,并讨论了 该 BPM 对于不同激光驱动质子束流的适用性。
(北京大学 核物理与核技术国家重点实验室,北京 100871)
摘 要: 根据激光 驱 动 质 子 束 流 低 发 射 度、短 脉 冲、单 束 团 低 电 量 的 性 质,研 究 腔 式 束 流 位 置 探 测 器
(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性 问 题。 针 对 质 子 束 团 的 大 横 向 分 布 和 发 散 角 问 题,
LiChengcai, ZhuKun, LinChen, ZhuJungao, Wu Minjian, LiDongyu, XuXiaohan, YanXueqing
(StateKeyLaboratoryof NuclearPhysicsandTechnology,PekingUniversity,Beijing100871,China)
第 31 卷 第 6 期 2019 年 6 月
强激光与粒子束
HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
Vol.31,No.6 Jun.,2019
用于激光驱动质子束测量的 腔式束流位置探测器模拟研究*
李成财, 朱 昆, 林 晨, 朱军高, 吴旻剑, 李东彧, 徐筱菡, 颜学庆
推导了其通过腔式 BPM 的输出信号,结果表明该信号与集中从 束 团 对 称 中 心、倾 斜 一 定 角 度 通 过 的 束 流 产 生
的输出信号相同。依据上述原理,使用 CST 软件进行了腔式 BPM 的设计和仿真,确定了矩形谐振腔波 导 耦 合
的方案。讨论了该方案的腔式 BPM 对于 激 光 加 速 束 流 的 适 用 性 和 不 同 激 光 驱 动 质 子 束 流 参 数 的 分 辨 率,并