电子回旋波电流驱动控制新经典撕裂模数值模拟研究的开题报告

电子回旋波电流驱动控制新经典撕裂模数值模拟研究的开题报告开题报告一、研究背景及意义回旋加速器是一种采用外加电场和磁场相互作用而使带电粒子借助于高频电场在低频磁场加速并运动的设备。它具有高能粒子加速的优势，已经广泛应用于高能物理加速器、同步辐射光源等领域。电子回旋波（EMBH）是回旋加速器最基本的横向聚束现象之一，它由于相干性与自发辐射在束流中的延迟效应之间的竞争而产生。EMBH对粒子束相空间的影响不利，易于使加速器出现束流失稳、束发散以及束流寿命短等问题，从而影响加速器的性能。因此，研究如何控制EMBH对加速器来说非常重要。控制EMBH的方法主要包括椭圆化和非线性共振抵消（NRLC）两种方法。其中椭圆化方法通常通过改变回旋加速器中的主磁场工作点实现对EMBH的抑制，但它需要精细调整主磁场的位置和方向，且不易实现对不同种类粒子的控制。而NRLC方法通过在回旋加速器中引入交错铁铝合金装置来均衡相干性和自发辐射引起的分散，从而实现了EMBH控制，但它在设计、制造和调试上都需要较高的开销。因此，对于回旋加速器中EMBH的研究和控制还需要寻找经济、简便的方法，并且需要一定的理论研究支撑，为此，本研究将通过数值模拟的方法，探究如何通过电流驱动控制新经典撕裂模的方式来实现EMBH的控制。二、研究内容与技术路线1.研究内容（1）EMFH的理论研究结合回旋加速器的运动原理，分析EMBH形成机理，推导出EMBH的数学模型，并从理论上分析电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的抑制作用。（2）数值模拟建模构建回旋加速器数学模型，利用磁场有限元分析软件（例如ANSYS）和PIC模拟软件进行仿真计算，研究电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的影响。（3）研究EMBH控制方案基于数值模拟结果，分析电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的控制效果，并提出优化方案，为实际回旋加速器中的EMBH抑制提供参考。2.技术路线（1）研究EMBH的理论模型和电流驱动控制新经典撕裂模数学模型。（2）构建回旋加速器数值模型，进行PIC模拟，并根据模拟结果来验证理论模型的正确性。（3）分析计算结果，提出电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的控制方案。（4）设计实验验证，验证方案可行性。三、预期成果1.实现对EMBH的控制。2.提出简单易行的电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的抑制方案。3.报告完整的研究过程，撰写相关论文。四、研究计划1.第一年（完成EMBH的理论分析与和数值模拟建模）（1）研究回旋加速器中的EMBH形成过程并建立数学模型。（2）以ANSYS为平台，构建回旋加速器的有限元模型，并进行模拟。（3）编写和比对EMBH理论模型以及数值模拟计算模型。2.第二年（探索电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH的影响）（1）研究EMBH理论模型的参数调节方法，通过改变空间分布参数来达到更优化的抑制效果。（2）分析电流驱动控制新经典撕裂对EMBH的控制效应，对控制效果进行定量的比较。（3）提出实际应用中工程化的EMBH抑制方案。3.第三年（验证实验与论文撰写）（1）设计信号处理和控制实验以检验电流驱动控制新经典撕裂模对EMBH抑制的可行性。（2）总结实验和数值模拟研究的结果，并撰写论文，发布研究成果。五、参考文献[1]郭靖，解小伟，张国良.回旋加速器中的电子回旋波[J].省略，2001，(12)：507-511.[2]R.Baartman,V.Danilov,G.Franchetti,等.Nonlinearresonancecompensationforhigh-intensityhadronaccelerators[J].PhysicalReviewAcceleratorsandBeams,2018,21(11):114001.[3]L.S.El-Guebaly.HighEnergyElectronandProtonAccelerationviaMicrobunchingInstabilityinPlasma[J].JournalofFusionEnergy,2018,37(3):186–192.[4]杨晓明，