工作点反馈系统对同步辐射光源运行稳定性的提升

上海同步辐射装置（SSRF）储存环上目前已经安装了十台插入元件（IDs）。在用户时间,插入元件的间隙被反复地调整以进行科学实验。虽然使用了插入件前馈系统,但依然存在扰动束流光学的残余四极场,它会导致束流横向振荡工作点的变化,进而影响机器的性能和同步辐射光亮度的稳定。为此,我们研发了一个工作点反馈系统来解决这个问题,并且已经在上海光源储存环上投入了运行,在两周左右的运行周期内,工作点的稳定度达到了±0.001。这个反馈系统还有另一个重要功能,即可以根据监控反馈系统校正电流的变化趋势来判断二极磁铁电源和四极磁铁电源是否存在慢漂问题。为了验证这个工作点反馈的可行性,我们对使用反馈前后几周的束流参数进行了比较,包括储存环注入效率、束流寿命、水平方向束斑尺寸以及β函数的变化情况（beta-beatings）。     

上海光源储存环横向反馈系统模拟计算

在同步辐射光源中, 阻抗壁不稳定性是一个很严重的问题. 要保证储存环在高流强下正常运行, 就需要安装一套横向反馈系统. 为了了解在横向反馈作用下束流的动力学性质,建立了一套横向反馈模拟计算程序. 并用该程序模拟计算了上海光源储存环横向反馈系统在闭轨误差(COD)、束流位置探测器读数误差以及梳状滤波等条件改变下的反馈效果.     

束流轨道快校正磁铁电源研究进展

快校正磁铁电源能够对束流轨道的偏离进行快速校正,提升同步辐射光源运行的可靠性。随着第四代衍射极限储存环(DLSR)光源品质的进一步提高,为了保证束流轨道的稳定性,快速轨道反馈(FOFB)系统对校正磁铁电源的性能也提出了更高的要求。针对先进同步辐射光源FOFB系统对快校正磁铁电源的需求,将目前国内外第四代同步辐射光源束流轨道快速校正磁铁电源的研究成果分为线性电源和开关电源两类,对各方案的拓扑结构、控制策略以及性能参数的特点等进行了简要对比分析,可以看出目前国内外正在研制的快校正磁铁电源响应带宽基本可以达到5 kHz甚至10 kHz水平,线性电源的低纹波噪声特性具备应用优势但需要关注效率低的问题;开关电源方案具有高效、模块化等特点,如果可以有效解决纹波噪声问题,将会更广泛地应用在快校正磁铁电源的设计中。     

基于LOCO的上海光源储存环线性光学参数校正

 为了测量和校正线性光学参数,在上海光源储存环调束过程当中使用了基于响应矩阵的线性光学参数分析(LOCO)的方法。介绍了应用LOCO进行计算和校正的过程,包括：数值模拟得到束流位置探测器的测量精度对拟合结果的影响,调整四极铁电源电流强度来校正工作点和beta函数周期性的恢复。测量结果表明,在四极铁强度调整幅度在1.5%以内的情况下,储存环的束流光学参数成功地恢复到和设计值相当接近的状态,beta函数和色散函数畸变小于1%。通过束流光学参数的校正,使得在今后的工作当中可以轻松地控制储存环的工作模式。     

4W1磁铁电源控制系统的改造

在北京正负电子对撞机(BEPC)中用于同步辐射~X~光研究的插入件4W1磁铁由主线圈绕组和补偿线圈绕组组成,由两台高精度直流电源(主电源和辅助电源)供电. 2004~年11月, BEPC开机使用的两台主电源和辅助电源是重新设计制造的,采用新的控制接口PSI和控制器PSC进行控制. 这套系统是在~BEPCⅡ磁铁电源控制样机PSC/PSI完成的基础上仅用1个月的时间完成的. 在运行初期经过多次调试和修改后, 安全无故障运行历时4个月,为同步辐射提供两条X光束线,保证了用户顺利地进行实验. 它是第一个投入运行的BEPCⅡ储存环控制系统的一个新系统. 介绍了基于EPICS平台开发的4W1磁铁电源新的控制系统和4W1磁铁 升降流的特点以及控制升降流应用程序的研制.     

上海光源工作点在线监测系统

上海光源储存环运行在恒流注入(top-up)模式下每10min注入一次,注入引起的β振荡为测量工作点提供了有利条件。通过数字束流位置处理器采集储存环注入时的逐圈数据,对数据进行快速傅里叶变换计算获得工作点,以此搭建了刷新间隔为10min的工作点在线监测系统。2014年上半年的运行结果表明,该系统能够有效检测工作点变化并评估加速器工作点可达到的最优性能。利用该系统能够及时发现加速器运行异常,并结合各设备运行状态可有效定位异常原因。     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

响应矩阵分析方法在BEPC储存环上的应用

由于储存环中各种元件误差的存在, 机器的实际运行模式与设计模式有一定的偏差. 目前广泛开展的响应矩阵方法研究, 可以分析出磁铁元件以及束流位置测量元件的误差, 使束流基本参数得到校正. 介绍了用响应矩阵分析方法, 在BEPC储存环上进行的局部轨道校正的实验研究, 以及BEPC储存环束流参数校正的模拟研究.     

DEPU对上海光源储存环的影响与补偿

上海光源储存环安装了一套由两台椭圆极化波荡器组成的插入件（DEPU）,该插入件尤其是其中一台椭圆极化波荡器的积分场误差引起了闭轨畸变、工作点漂移、耦合度变化、动力学孔径减小等多种效应,这些效应对上海光源储存环的正常运行造成了极大影响。采用校正线圈前馈将最大闭轨畸变降低到10 m的水平,采用四极铁强度前馈将工作点漂移控制在0.001左右,采用斜四极铁前馈将耦合度很好地控制在0.1%左右。通过六极铁在线优化解决了动力学孔径退化的问题,将注入效率保持在80%以上。在接近4年的运行中,补偿方案工作表现很好,轨道补偿的前馈还在不断地完善中。     

升级的合肥光源闭轨测量系统及其应用

 描述了合肥同步辐射光源二期工程中，电子储存环升级的闭轨测量系统及其在设备研制中的应用。介绍了性能稳定可靠的Bergoz束流位置监测电子学信号处理器。升级后的闭轨测量系统中处理电子学电路的束流位置分辨率可达1μm，系统误差小于10μm。整个测试系统的分辨率小于3μm。利用该高精度闭轨测量系统和基于束流准直系统完成了束流准直四极铁磁中心的测量，并和控制系统完成了储存环全环闭轨反馈校正试验。一个完整的束流位置监测系统已投入了在线运行，保障了为用户提供高稳定高品质的光源。     

上海光源储存环工作点测量系统

报道了工作点测量技术的研究现状,对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行优化,对系统测量误差及分辨力进行测试评估,讨论了测量系统不同工作模式的优缺点,并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统,其系统测量误差小于0.000 1,测量分辨力好于0.000 05,测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在μm量级,现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。     

Beam dynamics of the superconducting wiggler on the SSRF storage ring

In the SSRF Phase-II beamline project, a superconducting wiggler(SW) will be installed in the electron storage ring. It may greatly impact on the beam dynamics due to the very high magnetic field. The emittance growth becomes a major problem, even after correction of the beam optics. A local achromatic lattice is studied, in order to combat the emittance growth and keep the performance of the SSRF storage ring as high as possible. Other effects of the SW are also simulated and optimized, including the beta beating, the tune shift, the dynamic aperture, and the field error effects.     

基于逐圈位置频谱的束流不稳定性

 利用上海光源储存环中受激电子束团位置信号频谱数据,确定了束团在加速器中运行的工作点及品质因数,获得了储存环垂直方向阻抗和横向阻尼率,分析了不稳定性产生的原因。阐述了加速器中受激束团的运动特点,以RLC振荡电路为基础,对束团运动进行简单的建模,利用模型中频率响应函数对频谱中的脉冲波形进行拟合,得到了用于表示运动阻尼及频率分散程度的品质因数。实验结果表明：利用该方法拟合得到的数据与原数据的相关性可达98%以上,所拟合波形与原波形整体相似度高。对不同流强下的数据进行了研究,随着流强的逐渐增加,工作点和品质因数同步减小,不稳定性加剧,流强达到阈值后,频谱中单峰分裂为双峰,束流品质降低。     

Beam based alignment of the SSRF storage ring

There are 140 beam position monitors (BPMs) in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring used for measuring the closed orbit. As the BPM pickup electrodes are assembled directly on the vacuum chamber, it is important to calibrate the electrical center offset of the BPM to an adjacent quadrupole magnetic center. A beam based alignment (BBA) method which varies individual quadrupole magnet strength and observes its effects on the orbit is used to measure the BPM offsets in both the horizontal and vertical planes. It is a completely automated technique with various data processing methods. There are several parameters such as the strength change of the correctors and the quadrupoles which should be chosen carefully in real measurement. After several rounds of BBA measurement and closed orbit correction, these offsets are set to an accuracy better than 10 μm. In this paper we present the method of beam based calibration of BPMs, the experimental results of the SSRF storage ring, and the error analysis.     

A GUI tool for beta function measurement using MATLAB

The beta function measurement is used to detect the shift in the betatron tune as the strength of an individual quadrupole magnet is varied. A GUI （graphic user interface） tool for the beta function measurement is developed using the MATLAB program language in the Linux environment, which facilitates the commissioning of the Shanghai Synchrotron Radiation Facility （SSRF） storage ring. In this paper, we describe the design of the application and give some measuring results and discussions about the definition of the measurement. The program has been optimized to solve some restrictions of the AT tracking code. After the correction with LOCO （linear optics from closed orbits）, the horizontal and the vertical root mean square values （rms values） can be reduced to 0.12 and 0.10.     

Stabilization of betatron tune in Indus-2 storage ring

Indus-2 is a synchrotron radiation source that is operational at RRCAT, Indore, India. It is essentially pertinent in any synchrotron radiation facility to store the electron beam without beam loss. During the day to day operation of Indus-2 storage ring, difficulty was being faced in accumulating higher beam current. After examination, it was found that the working point was shifting from its desired value during accumulation. For smooth beam accumulation, a fixed desired tune in both horizontal and vertical plane plays a significant role in avoiding beam loss via the resonance process. This required a betatron tune feedback system to be put in the storage ring. After putting ON this feedback, the beam accumulation was smooth. The details of this feedback and its working principle are described in this paper.     

Tune optimization of the third generation light source storage ring based on Frequency Map Analysis

Tune optimization is necessary to optimize the nonlinearity of the third generation light source storage ring. In this paper we summarize the common strategies for choosing a tune and discuss tune op- timization. Frequency Map Analysis （FMA） is applied as a tune scanning tool to reveal information about nonlinear resonances and guide the tune optimization. The Shanghai Synchrotron Radiation Facility （SSRF） storage ring is taken as a test lattice, and the optimum solutions are presented in this paper. Moreover, the third order regular structural resonances excited by sextupoles are particularly investigated, and it is found that these resonances distort the tune shifts with amplitude and show a stop-band like the linear structural resonances.