非相对论性阻抗和束流集体效应研究

The study on the coupling impedance and the collective effects in the high intensity accelerators plays an important role in the control of the beam loss and achieving the high beam power. With the development of high intensity proton synchrotron, the study on impedance and beam collective effects for the non-relativistic case becomes one of the leading topics in accelerator physics. In this subject, we investigate the coupling impedance with a non-relativistic beam by using both analytical and numerical methods. The non-relativistic impedance models will be developed,and based on which, we will improve the theoretical model of the beam collective effects in the ultra-relativistic limit, and develop the general theoretical formalisms for computing impedance induced instability of a non-relativistic beam. A simulation code will be developed to study the impedance induced instabilities and to verify the theoretical models. This subject is creative theoretically and numerically on calculation of impedance and beam collective effects for the general non-relativistic case, and will promote the development of the accelerator physics in the field of impedance and collective effects, and meet the requirment of Chinese accelerator projects. Meanwhile, the numerical and simulation codes developed in this subject can be widely used in the study of the impedance and beam collective effects in synchrotron with arbitrary beam energies, especially in high intensity proton or heavy-ion synchrotron.

强流加速器中阻抗和束流集体效应研究是高功率质子同步加速器中的前沿研究课题，是束流损失控制和达到高束流功率的关键因素之一。随着强流质子同步加速器的迅速发展,非相对论性阻抗和束流集体效应的研究成为国际上加速器物理领域的热点研究课题。本课题通过理论分析和数值计算对非相对论性阻抗进行研究，完善非相对论阻抗模型，并以阻抗研究结果为基础，对相对论近似下的束流集体效应理论模型进行修正，建立较为完整的非相对论束流集体效应理论模型，并编写模拟程序，探索不稳定性产生的物理机制，对理论模型进行验证。课题研究将在非相对论阻抗和束流集体效应理论及计算方面进行创新，推动我国加速器物理在阻抗和束流集体效应研究方面的发展，并满足国内加速器工程的实际需要。同时，编写的数值计算程序和模拟程序可以广泛的应用于任意能量的同步加速器的阻抗和束流集体效应的研究，特别是对于强流质子或重离子加速器的设计研究具有重要意义。

强流加速器中阻抗和束流集体效应研究是加速器领域的前沿研究课题，也是束流损失控制和达到高束流功率的关键因素之一。本课题通过理论分析和数值计算对非相对论性阻抗进行研究，完善了非相对论阻抗模型，编写数值计算程序，实现了对主要真空元件的非相对论阻抗的计算，并通过模拟程序对阻抗模型进行了验证。非相对论阻抗的研究结果适用于任意束流能量和任意频率范围的真空元件的阻抗计算，具有很好的普遍性和通用性。在此研究的基础上，开发了束流不稳定性计算应用程序，用于加速器设计中束流不稳定性评估和运行过程中不稳定性的分析与计算。目前程序已经应用到北京高能光源（HEPS）和环形正负电子对撞机（CEPC）束流不稳定性的研究中，也被应用于正负电子对撞机（BEPCII）运行中部分束流集体效应的分析。同时非相对论效应的不稳定性解析计算程序和模拟程序也将基于此程序基础上进行开发。此外，在课题资助下，我们还积极参加了与欧洲核子研究中心的合作研究，通过阻抗和不稳定性束流实验和模拟研究进一步对阻抗模型和不稳定性应用程序进行验证。课题的研究成果为加速器设计和运行过程中阻抗和束流不稳定性的分析和计算提供了可靠的理论依据和有效的计算工具。