[科普中国]-束流冷却

简介

束流冷却通常是指加速器技术中用电子束进行的冷却。所谓电子束冷却就是将温度相对较低的电子束与温度较高的离子束一道运动，由于离子与电子之间不断交换能量，最后达到热平衡使离子变冷。

加速器技术中的束流冷却通常是在储存环的一个直线段上安装一个冷却器来完成的。当能量很高的带电粒子通过冷却器时，恰好有一束温度较低的电子同它一道运动，并将带电粒子完全浸泡在冷的电子云中。当离子和电子不断碰撞失去横向能量时，束流就被冷却。2

分类束流冷却一般分为电子束冷却、激光冷却和随机冷却三种。

电子束冷却所谓电子束冷却就是将温度相对较低的电子束(这一点很容易作到)与温度较高的离子束一道运动，由于离子与电子之间不断交换能量，最后达到热平衡使离子束变冷。2

激光冷却亚稳态惰性元素原子的冷却和囚禁，具有一些重要的基础和应用意义，例如用来测量特殊的原子核结构，研究冷原子之间相互作用和冷分子，以及痕量放射性同位素原子的分析和年代测定。这些工作中，高效率和快速的 冷原子囚 禁都是实验中的基本要求。激光横向冷却( transverse cooling，TC) 是获得高强度的原子束流的关键技术。它可以有效降低原子束的横向速度，增强束流前进方向上原子密度，在研究中得到广泛应用。3

随机冷却随机冷却是利用宽带反馈系统对横向束流振荡和纵向能量分散进行衰减的方法。其优点是对于较大发射度和能量分散的次级束等具有显著的冷却效果,因此,随机冷却和电子冷却相结合,可以有效地缩短冷却时间并得到较高品质的束流。

兰州重离子冷却储存实验环HIRFL-CSRe(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou-experimental Cooling Storage Ring)的随机冷却装置,主要用于冷却来自RIBLL2(the 2nd Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou)打靶产生的次级粒子束。由于次级粒子束具有大的发射度和动量分散(ε:20-25πmm.mrad,dp/p:±0.5-1.0%),因此必须采用冷却技术来迅速地降低其束流尺寸,从而提高束流寿命和束流品质。

目前,国际上的随机冷却装置主要分布于瑞士、美国、德国以及日本。不同的随机冷却系统中的束流参数、冷却参数和用途等都各不相同。因此,研究随机冷却的影响因素不仅有助于提高冷却率以及降低功率需求,而且对随机冷却系统的理论设计和实际运行也具有重要的意义。45