束團相空間分布重建技術(shù)在西安200 MeV質(zhì)子應(yīng)用裝置的應(yīng)用

王敏文， 王忠明， 鄭曙昕， 王 迪， 楊 業(yè)， 劉臥龍， 王百川，王茂成， 張 輝, 閆逸花， 呂 偉， 邱孟通， 邢慶子

(1. 強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點實驗室， 西安 710024； 2. 西北核技術(shù)研究所， 西安 710024；3. 清華大學(xué) 工程物理系， 北京 100084)

束流的相空間分布是粒子加速器的關(guān)鍵參數(shù)，在西安200 MeV質(zhì)子應(yīng)用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility, XiPAF)調(diào)試過程中，相空間分布的測量是比較加速器物理模型與實際模型的偏差及預(yù)測沿線束流包絡(luò)分布的重要基礎(chǔ)。三截面法和四極鐵掃描法是被廣泛應(yīng)用的相空間分布間接測量方法[1-2]，通過測量3個截面重建束流相空間分布，具有對束流影響小、測量速度快的特點。由于三截面法和四極鐵掃描法僅利用束流的均方根尺寸進行反推，只能得到束流相空間分布的Twiss參數(shù)。對束流分布做適當(dāng)假設(shè)，可得到束流的相空間分布，但由于元件的非線性及空間電荷力等的影響，實際束流分布往往不是理想的高斯分布，束流相空間分布難以通過假設(shè)束流分布獲得。為此，Hock等在不考慮非線性力的情況下，推導(dǎo)得到測量截面為待測相空間沿θ方向的投影，θ由待測點到截面探測器的傳輸矩陣決定[3]。因此，通過改變傳輸矩陣得到待測相空間沿不同方向的投影，結(jié)合斷層重建技術(shù)可實現(xiàn)束流相空間分布的測量。在此基礎(chǔ)上， Dimov等提出基于多粒子模擬的相空間重建方法，通過不斷改變重建處的粒子分布，使模擬截面與測量截面趨于一致，實現(xiàn)了包含空間電荷力等非線性力影響的相空間重建[4]。……