儲(chǔ)存環(huán)中電子自旋動(dòng)力學(xué)及其在能量標(biāo)定中的應(yīng)用.pdf

1、束流能量是同步輻射光源電子儲(chǔ)存環(huán)的一個(gè)重要參數(shù)，它決定了同步輻射的光子光譜分布情況。在光源的實(shí)際運(yùn)行中，束流的真實(shí)能量和設(shè)計(jì)能量肯定或多或少存在差別，準(zhǔn)確測(cè)量束流的能量是監(jiān)測(cè)和了解光源運(yùn)行情況必不可少的。另外，合肥光源要作為真空紫外至軟X射線光譜范圍內(nèi)的主要輻射源標(biāo)準(zhǔn)，這要求儲(chǔ)存電子束能量的測(cè)量精度要達(dá)到10-4以滿(mǎn)足對(duì)光譜光子通量的精確計(jì)算。
　　自旋共振退極化法標(biāo)定束流能量是目前應(yīng)用廣泛的一種能量測(cè)量技術(shù)，它的測(cè)量精度極高，可

2、以達(dá)到10-5～10-4量級(jí)，甚至10-6量級(jí)。這種能量測(cè)量方法已經(jīng)在歐美的很多同步輻射光源儲(chǔ)存環(huán)和對(duì)撞機(jī)儲(chǔ)存環(huán)上取得成功應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)加速器實(shí)驗(yàn)室成功應(yīng)用過(guò)該項(xiàng)技術(shù)。在本研究課題中，我們將應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的合肥光源儲(chǔ)存環(huán)電子束能量進(jìn)行高精度標(biāo)定。
　　應(yīng)用自旋共振退極化法標(biāo)定束流能量的前提是儲(chǔ)存環(huán)中的束流必須是極化的，由于儲(chǔ)存環(huán)中的輕子束流可以通過(guò)發(fā)射自旋反轉(zhuǎn)同步輻射而自發(fā)極化，并且極

3、化時(shí)間常數(shù)通常在束流壽命的時(shí)間尺度之內(nèi)，這使得該項(xiàng)測(cè)量技術(shù)得以在儲(chǔ)存環(huán)上得到應(yīng)用。然而儲(chǔ)存環(huán)上還可能存在著很多退極化因素，這要求我們對(duì)自旋動(dòng)力學(xué)有足夠的了解并分析束流可能達(dá)到的平衡極化度，從而判斷用退極化法標(biāo)定能量的可行性。論文中，我們首先詳細(xì)講述了同步輻射對(duì)輕子束的自旋極化作用，以及輻射的隨機(jī)量子特性造成的軌道擴(kuò)散和自旋擴(kuò)散對(duì)束流自發(fā)極化建立的影響。特別地，在發(fā)生自旋共振的情況下，輻射的隨機(jī)擴(kuò)散作用將使束流中各個(gè)電子的自旋方向擴(kuò)散開(kāi)，

4、并造成束流的退極化。最終，輻射極化束能夠達(dá)到的平衡極化度由輻射極化機(jī)制和量子擴(kuò)散退極化機(jī)制共同決定，并且可以由著名的Derbenev-Kondrateko-Mane公式通過(guò)數(shù)值演算來(lái)估計(jì)這一數(shù)值。在推導(dǎo)了儲(chǔ)存環(huán)中電子的自旋軌道全耦合運(yùn)動(dòng)方程并給出電子經(jīng)過(guò)各種元件的軌道映射和自旋映射之后，我們著重分析了儲(chǔ)存環(huán)中的各種自旋共振形式，并分別用直接跟蹤方法和解析數(shù)值計(jì)算結(jié)合的方法對(duì)自旋共振和束流極化進(jìn)行了研究。在對(duì)束團(tuán)中的所有電子自旋進(jìn)行跟蹤時(shí)

5、，通過(guò)引入泊松分布噪聲來(lái)模擬隨機(jī)光子發(fā)射過(guò)程，并研究了人工激勵(lì)自旋共振，即掃頻自旋共振退極化現(xiàn)象。最后，在充分掌握了自旋和軌道運(yùn)動(dòng)的信息后，我們將這些理論應(yīng)用于合肥光源，并成功地使用自旋共振退極化法對(duì)合肥光源的電子束能量進(jìn)行高精度標(biāo)定。論文中詳細(xì)介紹了能量標(biāo)定的基本原理、實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)準(zhǔn)備以及實(shí)驗(yàn)中需要注意到的問(wèn)題。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在合肥光源上應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)電子束能量進(jìn)行標(biāo)定精度可達(dá)到10-5～10-4量級(jí)。并且，一系列能量測(cè)量數(shù)據(jù)顯