4-10 脉冲电流小周期摇摆器

  常规使用永磁块的摇摆器存在着磁场强度较小,周期由于机械加工及磁场强度的限制,尺寸不能太小这些不利因素,因此导致该类型摇摆器无法应用于紫外波段及软X射线领域。脉冲电流摇摆器可以很好地弥补以上的不足之处,但因其是瞬态磁场,故而存在与加速器同步的问题,以及磁场分布受电流波动影响较大等不利因素。采用一种新类型的脉冲电流驱动的圆环型线极化摇摆器结构,可以很好地挖掘脉冲电流摇摆器的潜力和克服其不足之处。摇摆器结构如图1所示。

  在假设圆环型线极化摇摆器为无穷长,金属圆环等间距排列,各金属圆环的半径相等,忽略圆环及连接导线的横截面积的影响等理想条件下,根据电流密度换算为相应的磁标势,再通过拉普拉斯变换,在直角坐标系中展开得基模磁场

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  由式中可知,当x=y=0时,磁场分布为,即在轴线上产生理想的线极化摇摆场。在x0y0时,0,即在轴线附近产生标准的六极子磁场,它能为电子束传输提供垂直于线极化磁场方向的聚束,因而此摇摆器具有自聚束能力。而且由于不需波导约束光束,故可降低间隙,减小周期,提高峰值磁场强度,这些都对降低成本和FEL的小型化方面有很大的促进作用。通过建模编程进行计算,与理论推导符合较好。


图1 圆环型线极化摇摆原理示意图

  假设脉冲电流幅值为50kA,脉宽为100ms,在内外径为f 4f 6mm,周期为8mm铜管的中心轴线上,可以产生最高峰值磁场强度为5.431T。设计的输出稳定度较高的脉冲大电流电源原理图见图2, 真空开关耐20kV,允许通过的单次脉冲电流幅值达80kA,导通时间约1ms。高压电源采用二倍压整流电路,使电路输出10kV的直流高压。触发脉冲电源采用变比1:20脉冲变压器,输出电压10kV,原方输入电压500V,这就增加了开关K可靠性。

  当取20个周期,内外径为f 4f 6mm,周期为8mm铜管的摇摆器,其电路参数为RΣ=1.42mW LΣ=96nH。真空开关在触发脉冲电压的作用下导通后,整个电路为一个典型的RLC串联振荡回路,脉冲电流峰值为57.1kA。实验表明,电流在重复工作的情况下,稳定度为5%,还需进一步改进电路方案。

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