一種粒子注入系統及環形粒子加速器的製作方法

2023-05-16 01:14:21 1

本申請涉及加速器物理
技術領域：
，更具體地說，涉及一種粒子注入系統及環形粒子加速器。
背景技術：
：環形粒子加速器不僅是探索粒子物理的重要裝備之一，也是現代先進光源重要裝備之一，向環形粒子加速器中注入粒子的過程也是環形粒子加速器工作的一個重要階段。現有技術中向環形粒子加速器中注入粒子的過程，大多為採用衝擊磁鐵或凸軌磁鐵組合移動環形粒子加速器接受度相橢圓，使得此接受度相橢圓覆蓋注入束流發射度相橢圓的過程，俗稱凸軌注入過程，具體過程參考圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖1(b)；圖1(a)表示環形粒子加速器相橢圓被移動之前的示意圖，圖1(b)表示環形粒子加速器相橢圓中心大到最大凸軌之後的示意圖，圖1(c)表示環形粒子加速器相橢圓的移動中間過程的示意圖，圖1(d)表示環形粒子加速器相橢圓返回儲存束流之後的示意圖；在圖1(a)-(d)中，標號a1表示所述環形粒子加速器的動力學孔徑(dynamicaperture)，標號a2表示儲存束流，標號a3表示切割磁鐵磁場(septummagneticfield)。顯然，這樣的注入過程，從機制上可稱為移動環形粒子加速器接受度相橢圓的注入過程。此過程是藉助一組衝擊磁鐵或凸軌磁鐵移動環形粒子加速器橫向接受度相橢圓，使得環形粒子加速器的閉軌(理想粒子軌道)在注入點鄰域發生局部凸起，同時使得儲存束流隨著凸軌也在注入點上、下遊鄰域向來自注入器的束流軌道靠攏，使得環形粒子加速器的橫向接受度相橢圓包含了入射束流的橫向發射度相橢圓。或者因此我們說，此過程中入射束流的橫向發射度相橢圓落入已經移位的環型環形粒子加速器橫向接受度相橢圓內。以移動橫向發射度相橢圓來實現入射束流(沒有進入環形粒子加速器的注入束流)對環型環形粒子加速器注入，設計精確的凸軌注入系統對儲存束流是沒有擾動的。但是，多個衝擊磁鐵的組合運行時，來自多個衝擊磁鐵的脈衝啟動時刻抖動與脈衝幅值跳動，會對儲存束流產生擾動，嚴重時會導致儲存束流丟失。因此總的來說，凸軌注入過程存在一些問題，例如：移動環形粒子加速器接受度相橢圓的過程一般會對存儲束流產生擾動，引起儲存束流的不穩定；特別是為了維持環形粒子加速器的高亮度(或高功率)運行，採用凸軌注入的top-off注入模式，會持續增大對儲存束流的擾動，從而可能造成存儲束流的丟失。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供了一種粒子注入系統及環形粒子加速器，以達到消除粒子注入過程中對環形粒子加速器的存儲束流造成擾動過程的目的。為實現上述技術目的，本發明實施例提供了如下技術方案：一種粒子注入系統，應用於環形粒子加速器，所述粒子注入系統包括：單向磁鐵和跳變磁鐵；其中，所述單向磁鐵設置於所述環形粒子加速器的注入束流管道朝向閉軌一側，用於向朝向所述閉軌一側提供磁場，以改變注入束流的傳輸角度；所述跳變磁鐵具有入射間隙，所述入射間隙設置於所述環形粒子加速器的注入點下遊的預設距離處，用於提供預設周期的脈衝磁場，所述脈衝磁場的脈衝寬度與所述環形粒子加速器的儲存束流的迴旋周期之比小於設定值，所述設定值小於1，以使所述注入束流經過所述入射間隙時，傳輸速度的方向發生跳變；所述單向磁鐵朝向所述跳變磁鐵一側與所述注入點重合。可選的，所述設定值小於百分之一。可選的，所述預設周期與所述注入束流的粒子注入周期相同。可選的，所述單向磁鐵為跳變磁鐵。可選的，所述單向磁鐵為直流二極磁鐵。可選的，所述單向磁鐵為扇形直流二極磁鐵或平行邊二極磁鐵。可選的，所述脈衝磁場為梯形脈衝磁場。一種環形粒子加速器，包括上述任一項所述的粒子注入系統。從上述技術方案可以看出，本發明實施例提供了一種粒子注入系統及環形粒子加速器，其中，所述粒子注入系統包括單向磁鐵和跳變磁鐵，利用跳變磁鐵為注入束流提供預設周期的脈衝磁場，以使所述注入束流經過所述跳變磁鐵的入射間隙時，傳輸速度的方向發生跳變，也就是使所述注入束流的發射度相橢圓發生跳變，從而使得注入束流的發射度相橢圓落入環形粒子加速器接受度相橢圓內，進而完成注入束流的注入過程。並且由於所述跳變磁鐵提供的脈衝磁場的脈衝寬度與所述環形粒子加速器的儲存束流的迴旋周期之比小於設定值，從而使得注入束流在進入所述環形粒子加速器後可以藉助橫向振蕩振幅阻尼振蕩衰減過程，被所述環形粒子加速器的射頻加速電場捕獲，同樣由於所述脈衝磁場的脈衝寬度較小這一特點，使得該脈衝磁場不會對環形粒子加速器的儲存束流產生擾動。進一步的，利用所述粒子注入系統使所述注入束流的傳輸速度的方向發生跳變的量級只要亞毫弧度(mrad)量級即可完成粒子注入過程，大大降低了對於以往衝擊磁鐵的磁場作用量的要求，從而降低了所述粒子注入系統的整體設計和製造的難度。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1(a)-圖1(d)為現有技術中利用凸軌注入的流程示意圖；圖2為本申請的一個實施例提供的一種粒子注入系統的結構示意圖；圖3為本申請的一個實施例提供的粒子注入過程中儲存束流發射度、環形加速器接受度與跳變磁鐵的示意圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本申請實施例提供了一種粒子注入系統，如圖2所示，應用於環形粒子加速器，所述粒子注入系統包括：單向磁鐵10和跳變磁鐵20；其中，所述單向磁鐵10設置於所述環形粒子加速器的注入束流管道朝向閉軌一側，用於向朝向所述閉軌一側提供磁場，以改變注入束流的傳輸角度；所述跳變磁鐵20具有入射間隙，所述入射間隙設置於所述環形粒子加速器的注入點下遊的預設距離處，用於提供預設周期的脈衝磁場，所述脈衝磁場的脈衝寬度與所述環形粒子加速器的儲存束流的迴旋周期之比小於設定值，所述設定值小於1，以使所述注入束流經過所述入射間隙時，傳輸速度的方向發生跳變；所述單向磁鐵10朝向所述跳變磁鐵20一側與所述注入點重合。圖2中的標號30表示所述注入束流，標號40表示構成所述環形粒子加速器的二極磁鐵，標號50表示構成所述環形粒子加速器的四極磁鐵，標號60表示所述環形粒子加速器的閉軌。需要說明的是，所述單向磁鐵10主要用於向朝向所述閉軌一側提供磁場，其背離所述閉軌一側的磁場強度需要小於朝向所述閉軌一側磁場的千分之一。在本申請的其他實施例中，所述單向磁鐵10可以是切割磁鐵，由於本系統並不特別要求切割磁鐵靠近環形粒子加速器真空管道安放，因此完全可以用直流二極磁鐵取代，安放在遠離環形粒子加速器真空管道的位置。而且用於調整注入束流的入射角度是直流二極磁鐵可以採用性能良好的扇形直流二極磁鐵，調整入射角度的精度達到0.01mrad的量級，直流二極磁鐵的設計製造精度可以優於10-4，是可以達到這樣的精度的。另外，在本申請的其他實施例中，所述單向磁鐵10還可以為平行邊二極磁鐵，本申請對所述單向磁鐵10的具體種類並不做限定，具體視實際情況而定。優選的，所述脈衝磁場為梯形脈衝磁場。本系統是讓入射束流(未進入所述環形粒子加速器的注入束流)首次穿越跳變磁鐵20的入射間隙時，該跳變磁鐵20的脈衝磁場與入射束流首次穿越此脈衝磁入射間隙的時刻同步，在脈衝磁場作用下入射束流的x′坐標跳變，實現縮小注入束流發射度相橢圓的目的，而後藉助橫向振蕩振幅阻尼衰減過程，入射束流被射頻加速電場捕獲。為了確保入射束流隨後再次穿越此磁間隙時不會「看見」此脈衝磁場，要求脈衝磁場的梯形波寬度遠小於儲存束流的迴旋周期。由於本系統中，入射束流發射度相橢圓的跳變縮小的δx′，只有亞mrad量級，跳變磁鐵20的磁場作用量δbδl也非常低，對於目前中國科學家建議的正在pre-cdr的超級質子對撞機，其注入能量對應的δbδl值為2tm量級；正在pre-cdr的合肥國家大科學中心未來先進光源儲存環對應的δbδl值不超過40gm量級。對於這樣強度的跳變磁鐵20，設計與製造的技術難度很小。我們分析認為，採用類似於小尺寸的跳變磁鐵20，將有磁場空間局限於入射束流能夠首次穿越的運行lattice模式動力學孔徑的合適位置(以合肥同步輻射光源hls運行光源切割板對應的物理孔徑29mm為入射點的最大邊界)，入射束流在注入點(以hls光源運行模式為例，注入點的徑向坐標為33mm)以稍負小角度穿越小尺寸跳變磁鐵20磁場中心(本申請稱此點為入射點，以hls光源運行模式為例，距儲存束軌道的徑向坐標為28.5mm)，磁場波形平頂區域中心與入射束流首次穿越時刻吻合，使得入射束流獲得大小等於入射角度的正向偏轉角度。這樣，入射束以零偏轉角度跳變至沿28.5mm徑向尺寸對應的相橢圓迴旋。以hls現有運行光源模式為例，入射束團迴旋至9圈時返回至28.5mm位置附近。由於跳變磁鐵20的磁場波形僅僅40ns，遠小於束流迴旋時間220ns，入射束流返回入射點時已經感受不到此脈衝磁場作用。入射束流終將在阻尼衰減機制下束流發射度相橢圓繼續縮小，最終成為儲存束流的一部分。外部注入束流變成儲存束流的成份，經歷了二個縮小發射度的過程。注入束流首次穿越入射點前在33mm孔徑對應的相橢圓上，在入射點受到脈衝磁場作用下跳變至28.5mm孔徑對應的相橢圓上，即入射束在33mm孔徑對應的相橢圓上跳變至28.5mm孔徑對應相橢圓上，入射束的發射度相橢圓由33×1.75πmm·mrad跳變縮小至28×1.56πmm·mrad的相橢圓。顯然，入射束的發射度相橢圓，在此脈衝磁場作用下跳變縮小了。所以，我們稱此注入過程為，跳變縮小注入束流發射度的注入概念(機制)。其中的關鍵技術，是採用小尺寸跳變磁鐵20的脈衝磁場的作用，安裝在僅僅對入射束流首次穿越脈衝磁場起作用的位置，對儲存束流沒有影響，對入射束流的後續穿越也沒有影響。在此之後的入射束髮射度相橢圓繼續縮小的過程，作用機制是環型加速器的本身的同步輻射阻尼機制或環型加速器的自有lattice結構在起作用。一般而言，本系統對於較大動力學孔徑的環形粒子加速器(動力學孔徑在100σ以上的環形粒子加速器)的適用性較好，對於動力學孔徑的較小的環形粒子加速器則需要精確的設計單向磁鐵10和跳變磁鐵20的參數以及設置位置。以180gev注入能量的質子為例，如果注入點與入射點徑向坐標差異約10mm，如果由注入點相橢圓至入射點的相橢圓，軌道方向相差0.2mrad，則質子獲得+0.2mrad的偏轉角度的脈衝磁場路作用量δbδl是：δbδl＝0.12071tm由此數據可以看出，0.24142t×0.5m跳變磁鐵20製造技術是常規脈衝磁場技術。因此，所述粒子注入系統使入射束流方向發生跳變，並進入環型加速器的儲存束流前行方向，使得注入束流在環型加速器的接受度相橢圓內繼續安全地做橫向振蕩阻尼衰減運行，在技術上完全是有可能的。還需要說明的是，在具體使用過程中，切割磁鐵置放於注入長直線真空盒(或管道)下遊的外側，跳變磁鐵20置放於注入點下遊足夠距離處。此距離與注入粒子的入射角度，足以使得被注入粒子的x或z坐標進入環型加速器的動力學孔徑或物理孔徑內。脈衝磁場使得被注進的粒子速度方向發生跳變，變得幾乎平行於理想閉軌，此時被注進粒子束髮射度相橢圓跳變縮小，進入該加速器物理接受度相橢圓以內。這樣的單個跳變磁鐵20的脈衝磁場作用，跳變縮小注入束流發射度相橢圓的注入過程，是與以往所有環型加速器中移動接受度相橢圓的注入機制是不相同的，是跳變縮小注入束流發射度相橢圓。在環型粒子加速器中，束流中帶電粒子的能量在非升能儲存狀況下，經由切割磁鐵磁場進入環型粒子加速器中的入射束流相橢圓，是不會落入環形粒子加速器接受度相橢圓內的，參考圖3，在環型加速器坐標系中此時的注入束流發射度相橢圓是一個比加速器接受度更大的相橢圓環。如果施加脈衝磁場作用，使得注入束流的發射度相橢圓跳變收縮變小，使得注入束流的發射度相橢圓與加速器的接受度相橢圓發生重疊，或者讓其落入加速器物理接受度相橢圓或動力學孔徑相橢圓內。符合此過程的注入過程，我們稱為跳變縮小注入束流發射度相橢圓的注入過程。這樣的注入過程可以分解為三個子過程。第一個子過程，使用切割磁鐵磁場(不妨採用較高磁場的直流二極磁鐵)給予注入束流以合適的偏轉角度射入環形粒子加速器真空盒(管道)；環形粒子加速器中預留足夠長的直線節，使得在束流穿越跳變磁鐵20磁間隙時，束流的位置坐標(x或z)已經落入加速器的動力學孔徑範圍。第二個子過程，入射束流穿越跳變磁鐵20入射間隙，在此跳變磁鐵20脈衝磁場作用下，注入束流的發射度相橢圓，即x～x'相橢圓或z～z'相橢圓，都跳變縮小至加速器物理接受度相橢圓內。第三個子過程，入射束流的發射度在跳變縮小後，入射束流被隨後的高頻電場捕獲，並隨著阻尼過程併入儲存束流發射度相橢圓內。這樣的跳變縮小注入束流發射度相橢圓的注入過程具有這樣的特徵。所述粒子注入系統中沒有對儲存束流有影響的脈衝磁鐵，安放在遠離儲存束閉軌的跳變磁鐵20對儲存束流沒有擾動，即儲存束流不會受到此脈衝磁場的擾動，因此儲存束流發射度不會受到脈衝磁場的擾動影響。其次，所述粒子注入系統跳變磁鐵20，其磁場設計與製造可以達到10-3的精度要求。所述粒子注入系統引入了快速平頂窄脈衝波形單個跳變磁鐵20的設計製造要求，磁場與有效長度乘積不高，技術難度不是很大，也不存在多個跳變磁鐵20的抖動對儲存束的擾動影響。在上述實施例的基礎上，在本申請的一個實施例中，所述設定值小於百分之一。也就是說，需要脈衝磁場的脈衝寬度遠小於所述環形粒子加速器的儲存束流的迴旋周期，在本申請的其他實施例中，所述設定值可以是千分之一，還可以是萬分之一。本申請對所述設定值的具體取值並不做限定，具體視實際情況而定。在上述實施例的基礎上，在本申請的另一個實施例中，所述預設周期與所述注入束流的粒子注入周期相同。為了實現連續的粒子注入過程，所述預設周期需要與所述注入束流的粒子注入周期相同，以實現對注入束流發射度的跳變作用。下面仍以圖3為例對所述粒子注入系統的原理進行說明，圖3中給出了注入束流達到進入環形加速區物理孔徑(或動力學孔徑)內的整個過程的相粒子軌跡示意圖，圖中有多種孔徑的相橢圓。圖中的相橢圓均以儲存束流軌道為坐標原點，由外至內為：動力學孔徑徑向相橢圓，注入束流的發射度徑向相橢圓，物理孔徑的動力學孔徑徑向相橢圓，28.5mm孔徑徑向相橢圓，20σx孔徑徑向相橢圓；圖3中的標號21為所述跳變磁鐵20的勵磁線圈，標號22為所述跳變磁鐵20的c型磁軛，所述勵磁線圈21套在所述c型磁軛上，入射間隙內部為陶瓷真空管道，此陶瓷真空管道焊接在薄壁無磁金屬真空管道注入點側，使得跳變磁鐵20的磁軛嵌套在真空管道以外。在圖3中，橫坐標為長度(單位：mm)，縱坐標為速度改變量x′(單位：mrad)。所述跳變磁鐵20產生的脈衝磁場為梯形波脈衝磁場，其平頂不超過20ns，前後沿長度約為10ns，此脈衝磁場主要集中於所述入射間隙內，入射間隙外漏磁在10mm位置下降為零。圖中計算數據表明，入射束流首次穿越此跳變磁鐵20時，受到約60～70gauss×100mm的脈衝磁場作用，從33mm徑向坐標對應的發射度相橢圓跳變至28.5mm徑向坐標對應的發射度相橢圓，實現跳變縮小入射束流發射度；然後，入射束流的發射度相橢圓的長短軸以exp(-ntc/τx)速率衰減(其中，n表示粒子迴旋圈數，tc表示迴旋周期，τx表示衰減常數)，大約在17.65ms，即迴旋約80006圈時衰減至e-1，此值大約是徑向坐標±10.48mm處，相當於±13.1σx。這樣的縮小注入束流發射度的機制，跳變磁鐵20對儲存束流沒有影響，進入儲存環的入射束在沒有輻射阻尼衰減前也不受此脈衝磁場影響，計算數據表明可以以20hz的重複頻率進行小流強的top-off注入積累儲存束。因此，我們說，採用這樣的注入系統來改變縮小入射束流發射度至小於環型加速器物理孔徑或動力學孔徑的注入過程，對儲存束的閉軌沒有擾動影響。圖中，橢圓部分的坐標採用x～x′坐標系，對磁體部分採用的是x～z坐標系。另外，在圖3示意的實施例中，所述預設距離為以標號s1的箭頭所指位置到標號s2的箭頭所指位置的弧線長度。圖3中給出由單向磁鐵10與跳變磁鐵20組成的所述粒子注入系統，及入射束流宏粒子在環形粒子加速器接受度相橢圓(x～x′相橢圓，或z～z′相橢圓)運動過程。入射束流宏粒子在切割磁鐵磁場(或直流二極磁鐵)作用下沿其注入點對應的發射度相橢圓移動；入射束流宏粒子穿越跳變磁鐵20入射點時受到梯形波平頂磁場作用，跳變至28.5mm孔徑對應的相橢圓上(標記為0，該點徑向坐標小於物理孔徑29mm)；該宏粒子迴旋1圈時到達標記為1相橢圓點(該點的實際坐標在28.5mm相橢圓內側)，迴旋2圈到達標記為2的相橢圓點(該點的實際坐標也在28.5mm相橢圓內側)，隨後的迴旋3圈至8圈宏粒子到達為標記為3至8的相橢圓點(這些點的實際坐標都在28.5mm相橢圓內側)；迴旋完成第9圈時宏粒子到達略小於徑向坐標28.5mm點附近。此點徑向相移量與4.4448與9的乘積32.0072是一致的。對於脈衝磁場波形40ns寬度而言，在宏粒子迴旋0.091圈時脈衝磁鐵的磁間隙內已經無磁場；在入射宏粒子迴旋至88889圈時，相當迴旋經歷了17.65ms，該入射宏粒子徑向振蕩振幅衰減至e-1，即10.485mm；然後，該入射宏粒子迴旋43.674ms時，入射宏粒子徑向振蕩振幅到達3σx(此數值相當於包含了99％的儲存粒子)的數值，完成了徑向振蕩振幅衰減的過程。伴隨此振蕩振幅衰減過程，入射宏粒子已被射頻加速電場捕獲。仍然參考圖3，下面對所述粒子注入系統中的跳變磁鐵20不會對所述環形粒子加速器的儲存束流產生不良影響進行說明。跳變縮小注入束流發射度的所述粒子注入系統藉助了跳變磁鐵20的窄帶梯形波脈衝磁場。我們稱此過程為跳變，是因為脈衝磁鐵的有效長度大約在0.1m量級，入射宏粒子穿越此脈衝磁場的過程大約為0.3336ns，與入射宏粒子在此加速器迴旋1圈的時間220.6ns相比僅僅是其1.5×10-3，可以稱之為跳變。入射宏粒子的徑向相狀態，從33mm孔徑對應的相橢圓，經歷大約δx′＝0.2836mrad的跳變，等同於脈衝磁場的作用量δbδl＝7.5727mgauss。這樣強度的脈衝磁場，梯形波脈衝磁場寬度為40ns，脈衝波形的前後沿分別為10ns，設計製造技術不會很難。脈衝磁場跳變縮小注入束流的發射度，入射束流的發射度相橢圓，由33×1.75πmm·mrad跳變至28.5×1.56πmm·mrad，跳變縮小近30％，進入環型加速器物理孔徑內或動力學孔徑內才可被高頻電場捕獲的區域。由於c型脈衝磁場區域遠離儲存束流軌道，且脈衝磁場波形底寬僅為40ns(遠短於入射束的迴旋周期220ns)也不會影響入射束迴旋過程。因此，儲存束流軌道遠離脈衝磁鐵磁場區域，入射束流其他時刻穿越脈衝磁鐵時是無場時段。總之，所述粒子注入系統對儲存束流，及對首次穿越入射點後的入射束流都沒有擾動作用。由於此跳變磁鐵20磁場對入射束流起的作用，相對於入射束流在環型加速器中迴旋周期而言極短，且改變的僅僅是入射束流的前行方向發生突變，我們稱之為跳變(jump)，與多個衝擊磁鐵組成改變儲存束流閉軌的作用是不相同的。下面對所述跳變磁鐵20不需要較高的磁場作用量即可達到目標要求的原理進行說明。現有的移動環型加速器接受度相橢圓的凸軌注入系統，其脈衝磁鐵系統同時具有高電壓、大電流、高磁場、波形快速等特徵，設計製造的高難技術含量比較多。本申請實施例提供的所述粒子注入系統，是單向磁鐵10與單個強度很小的跳變磁鐵20的組合。此粒子注入系統並不特別要求單向磁鐵10靠近環型加速器真空管道安放，完全可以用直流二極磁鐵取代，安放在遠離環型加速器真空管道的位置。而且用於調整入射束流入射角度的二極磁鐵可以採用性能良好的扇形二極磁鐵，調整入射角度的精度達到0.01mrad的量級，直流二極磁鐵的設計製造精度可以好於10-4，是可以達到這樣的精度。目前國際上處於pre-cdr的未來圓型對撞機，以及未來先進光源，其同步加速器的注入能量分別在tev與gev水平。對於注入束流發射度相橢圓跳變0.2mrad量級的質子加速器或電子加速器，我們分別計算由注入點發射度相橢圓跳變縮小至入射點發射度相橢圓的角度改變量為δx′，則脈衝磁場作用量為其中，w表示帶電粒子靜止能量，ε0表示帶電粒子的動能，δx′注入束流傳輸速度跳變量；對於δx′＝0.2mrad，則跳變磁場作用量δbδl分別為下述表1所列數據，即可實現注入點注入束流發射度相橢圓跳變縮小至入射點入射束流發射度相橢圓的縮小過程。此過程所用跳變磁鐵20的設計製造難度，遠比凸軌注入脈衝磁鐵系統設計製造要小得多。表1電子注入束流發射度相橢圓跳變縮小所需脈衝磁場參數w/gev12345678δbδl/g·m6.674713.34620.01726.68933.36040.03146.70353.374表2質子注入束流發射度相橢圓跳變縮小所需脈衝磁場參數w/tev0.010.030.080.10.18123δbδl/g·m72.704206.30539.93673.361207.16677.61334920020由單向磁鐵10和跳變磁鐵20組成的所述粒子注入系統，對於hls現有運行光源，可以20hz以下的重複頻率進行從儲存流強零起步的跳變縮小注入束流發射度的單束團注入過程，往哪個相穩定區(bucket)注入填充束流粒子由控制跳變磁鐵20的觸發時序確定。其他環型加速器設計建造新穎注入系統，可運行的重複工作頻率必須考慮具體運行lattice模式的橫向振蕩振幅衰減時間常數，與調控時鐘單元的調控精度及跳變磁鐵20功率源的設計指標。通過上面的分析，總結如下：1：本申請實施例提供的粒子注入系統的跳變縮小注入束流發射度相橢圓的注入機理，是一種新穎的注入機制，可以適用於環型加速器的注入；2：本申請實施例提供的粒子注入系統，可由傳統意義上的切割磁鐵與單個跳變磁鐵20組合而成；3：本申請實施例提供的粒子注入系統，可以替代通常意義上凸軌注入系統，進行單個相穩定區的填充注入，但是必須配套設計足夠調控精度的時鐘單元，本申請實施例提供的粒子注入系統的重複工作頻率設計要考慮運行lattice模式的橫向振蕩衰減常數；4：單向磁鐵10可以在與環型加速器真空管道有足夠遠距離的位置安放直流二極磁鐵取代，也可以安放超導二極磁體取代；5：跳變磁鐵20宜安放在注入相空間包絡函數極大值的縱向位置點或其鄰域，以儘量減小脈衝磁場作用量；6：對跳變磁鐵20宜採用脈衝磁場屏蔽設計，儘量減少跳變磁場在磁間隙外的漏場；7：採用此新穎注入機理的環型加速器，要有足夠大的動力學孔徑，以安放所述粒子注入系統的跳變磁鐵20；8：跳變磁鐵20的磁場空間分布與安放位置，要對環型加速器的儲存束流基本沒有負作用影響；9：此新穎的注入機理，只有單個比注入束團稍長的脈衝磁場梯形波形，特別適用於top-off等能量小束流不間斷注入模式，以確保環形粒子加速器穩定亮度與穩定功率工作狀態。10：此新穎的注入機理，可以適用於電子環型加速器，也適用於質子環型加速器；11：此新穎的注入機理，同樣適於bunchtobunch的注入過程，但是必須與bunch長度配套的好於0.1解析度時鐘系統。相應的，本申請實施例還提供了一種環形粒子加速器，包括上述任一實施例所述的粒子注入系統。綜上所述，本申請實施例提供了一種粒子注入系統及環形粒子加速器，其中，所述粒子注入系統包括單向磁鐵和跳變磁鐵，利用跳變磁鐵為注入束流提供預設周期的脈衝磁場，以使所述注入束流經過所述跳變磁鐵的入射間隙時，傳輸速度的方向發生跳變，也就是使所述注入束流的發射度相橢圓發生跳變，從而使得注入束流的發射度相橢圓落入環形粒子加速器接受度相橢圓內，進而完成注入束流的注入過程。並且由於所述跳變磁鐵提供的脈衝磁場的脈衝寬度與所述環形粒子加速器的儲存束流的迴旋周期之比小於設定值，從而使得注入束流在進入所述環形粒子加速器後可以藉助橫向振蕩振幅阻尼振蕩衰減過程，被所述環形粒子加速器的射頻加速電場捕獲，同樣由於所述脈衝磁場的脈衝寬度較小這一特點，使得該脈衝磁場不會對環形粒子加速器的儲存束流產生擾動。進一步的，利用所述粒子注入系統使所述注入束流的傳輸速度的方向發生跳變的量級只要亞毫弧度(mrad)量級即可完成粒子注入過程，大大降低了對於以往衝擊磁鐵的磁場作用量的要求，從而降低了所述粒子注入系統的整體設計和製造難度。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。當前第1頁12