中国散裂中子源快循环同步加速器壁电流探测系统

在中国散裂中子源工程中, 快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器, 用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑, 以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标, 并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试, 此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。     

强流束流偏角探测器模拟与测试

基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理,设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头,用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试,同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致,表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因,并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130ns,半高宽160ns的高压信号时,探头对偏角信号的响应灵敏度为314mV/(kA·mrad)。     

同步加速器Barrier Bucket高频电压的研究

同步加速器Barrier Bucket高频系统用于克服空间电荷效应的影响,并对束团进行预压缩从而实现束团的多次累积来提高束流的流强。实现Barrier Bucket束流多次累积,要求在同步环高频加速腔上产生一个单正弦电压信号。针对单正弦波形的特点,讨论在同轴加载腔上产生该电压波形的方法和条件。通过对单正弦信号的频谱分析得出信号对加速腔高频系统的带宽要求,运用等效并联电路的方法并将同轴加载腔作线性时不变近似,求出输出的腔体电压与输入的激励电流间的关系。Barrier Bucket电压信号对加速腔整个高频系统的带宽要求至少应为单正弦频率的两倍。输入的激励电流为单正弦信号的基础上叠加上一个直流脉冲偏置,偏置大小为腔体Q值。最后,根据分析的结果在兰州重离子加速器冷却储存实验环（CSRe）高频系统的铁氧体加载腔和新研制的磁合金加载腔系统上进行测试,并对测试结果作相关讨论。     

合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz，因此，系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性，而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等，从而将提高机器的运行性能。     

回旋加速器束测探头感生放射性实验研究

基于束流沉积法测量回旋加速器内部束流参数将在束测探头上产生感生放射性污染,从而对加速器调束工作人员带来不必要的辐射危害。采用AGM-6型监测仪对探头感生放射性进行在线测量,通过测量不同半径处探头受辐射后的空气比释动能率,间接反映探头感生放射性的强弱和危害。研究结果表明,在束流调试实验中,应尽量降低馈入高频的占空比;探头测量后冷却2~3 h取出,则不需要考虑测量探头辐照后的残留感生放射性的危害。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

非均匀束团在储存环高频腔中产生的高次模功率

通过分析束流频谱与高频腔高次模的相互作用,提出了计算单束流和双束流储存环中非均匀束团产生的高频腔高次模功率的方法,推导出了这两种情况下的一般通用公式,并对所得到的解析结果进行了比较和讨论.     

合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断

为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源（HLS-II）上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分（Temporal Difference, TD）法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。     

北京正负电子对撞机中的束束作用偏转效应

 利用静电分离器对正负电子束团在垂直方向上的相对轨道偏差进行了扫描,并用数字示波器对束流轨道的变化进行监视,在北京正负电子对撞机(BEPC)上完成了垂直方向上的束束作用偏转效应的观察与测量。实验过程和实验结果可为北京正负电子对撞机改进工程(BEPCⅡ)的对撞调节提供参考依据。把束团之间相对位置偏差的测量转换为对束流偏转角度的测量是可行的,也是有效克服束流位置探测器分辨率不足的一种方法。     

改进的合肥光源逐束团流强测量方案

 对于多束团运行的储存环，逐束团流强的测量是研究注入填充和束流不稳定性阈值等的重要内容。介绍了加速器常用的一些逐束团监测手段，在此基础上，利用HLS（Hefei Light Source）现有的逐束团测量设备，并配合相应前端信号处理电路，进行了HLS储存环逐束团流强测量。实验线路方面，在传统的高频频率倍频信号检波的基础上，尝试了新的与同步方波信号检波的方法。分别在多束团和单束团情况下对HLS的束团流强进行了连续检测实验，对实验结果进行线性拟合，得到了定标结果，结果表明系统的1阶线性拟合标准偏差均在1%左右；最后对其中非线性部分的物理本质进行了解释。     

锁相环在超导射频技术中的应用

利用压控振荡器锁相环路(VCO-PLL)锁定超导射频谐振腔体的本征频率,使腔体稳定谐振。在原理验证阶段,利用NI-Labview对实验原理做了仿真。得到的仿真结果显示,环路增益选取的不同会直接影响整个系统的锁定状态。在实验测试阶段,根据原理和仿真结果搭建了相应的实验平台,从而得到环路锁定的测试结果。最后在低温超导态测试阶段,用经过验证的实验平台对IMP-HWR010超导腔体进行了频率锁定测试,并得到了腔体频率随氦压变化的实际测量结果,df/dp约为0.73 Hz/Pa。     

ACTIVE CONTROL OF PRESSURE FLUCTUATIONS DUE TO FLOW OVER HELMHOLTZ RESONATORS

Grazing flows over Helmholtz resonators may result in self-sustained flow oscillations at the Helmholtz acoustic resonance frequency of the cavity system. The associated pressure fluctuations may be undesirable. Many solutions have been proposed to solve this problem including, for example, leading edge spoilers, trailing edge deflectors, and leading edge flow diffusers. Most of these control devices are “passive”, i.e., they do not involve dynamic control systems. Active control methods, which do require dynamic controls, have been implemented with success for different cases of flow instabilities. Previous investigations of the control of flow-excited cavity resonance have used mainly one or more loudspeakers located within the cavity wall. In the present study, oscillated spoilers hinged near the leading edge of the cavity orifice were used. Experiments were performed using a cavity installed within the test section wall of a wind tunnel. A microphone located within the cavity was used as the feedback sensor. A loop shaping feedback control design methodology was used in order to ensure robust controller performance over varying flow conditions. Cavity pressure level attenuation of up to 20dB was achieved around the critical velocity (i.e., the velocity for which the fundamental excitation frequency matches the Helmholtz resonance frequency of the cavity), relative to the level in the presence of the spoiler held stationary. The required actuation effort was small. The spoiler peak displacement was typically only 4% of the mean spoiler angle (approximately 1′). The control scheme was found to provide robust performance for transient operating conditions. Oscillated leading edge spoilers offer potential advantages over loudspeakers for cavity resonance control, including a reduced encumbrance (especially for low-frequency applications), and a reduced actuation effort.     

F-P腔不同扫频段透射谱锁频精度实验

针对窄线宽激光器输出谱线窄,难以被锁定的情况,利用F-P腔特有极窄线宽、高精细度特性对激光器谱线线宽实施压窄及频率锁定。通过设计实验方案并搭建锁频测试平台,利用F-P腔外部光反馈将窄线宽半导体激光器线宽压窄来提高锁频精度。通过监测正弦波调制下F-P腔对于4种不同直流电压下激光PZT扫频段的透射谱线,并对其分别进行解调和锁频精度测试,得到直流高压放大器电压为73 V时对窄线宽激光器进行扫频,激光器反馈锁频精度最高可达1.5 MHz。     

BEPCⅡ超导腔垂直测试杜瓦的漏热分析与实验研究

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)采用了超导射频技术,超导腔设备在与低温恒温器总装之前,必须进行液氦温度下垂直位置的性能测试.测试杜瓦的绝热性能对超导腔的垂直测试性能产生直接影响,准确测算测试杜瓦的漏热量对垂直测试方案的制定、减少液氦消耗量具有重要的指导意义.对测试杜瓦的主要漏热部分进行了计算,同时以液氮...     

左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.     

Design and test of the microwave cavity in an optically-pumped Rubidium beam frequency standard

We are developing a compact rubidium atomic beam frequency standard with optical pumping and detection.The cavity for microwave interrogation is an important part of the clock.The cavity in our design is a Ramsey-type,E-bend one,which is the same as the conventional method in most cesium beam clocks.Requirements for the design are proposed based on the frequency shift associated with the cavity.The basic structure of the cavity is given by theoretical analysis and detailed dimensions are determined by means of electromagnetic field simulation with the help of commercial software.The cavity is manufactured and fabricated successfully.The preliminary test result of the cavity is given,which is in good agreement with the simulation.The resonant frequency is 6.835 GHz,equal to the clock transition frequency of87Rb,and the loaded quality factor is 500.These values are adjustable with posts outside the cavity.Estimations on the Ramsey line width and several frequency shifts are made.     

上海光源500MHz超导腔水平测试

上海光源是能量为3.5 GeV的第三代先进中能同步辐射光源,其储存环上安装了三台超导高频腔补偿电子因同步辐射等原因丢失的能量。为保障上海光源的长期稳定高效运行,中国科学院上海应用物理研究所和上海市低温超导高频腔技术重点实验室共同研制了具备低高次模损失参数和可承受更高入射功率的新型500 MHz超导腔,作为上海光源在线运行超导高频腔的备用腔。超导铌腔经低温垂直测试达到所需加速性能后,需要与高功率输入耦合器、高次模吸收器、低温恒温器等集成并完成水平测试,获得超导腔模组的加速性能、低温性能和真空性能。介绍了超导腔备用腔的研制、集成和测试过程,采用文丘里(Venturi)校准法获得模组的静态功耗反应模组的低温性能,并通过高功率测试获得了超导腔备用腔模组的加速性能。测试结果表明:自主研制的500 MHz超导腔备用腔满足上海光源的工作需求,在超导腔的加速腔压为2.0 MV时,无载品质因数为1.2×109 @4.2 K,且低温模组的静态热损耗为36.1 W。     

Investigation on the fabrication of the 3rd harmonic superconducting cavity for the SSRF storage ring

A third harmonic superconducting niobium cavity has been proposed for installation in the Shang-hai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring to improve the Touschek lifetime. In order to investigate the feasibility of the superconducting cavity fabrication indigenously and the possibility to master the fabrica-tion techniques, cavities were fabricated from copper and niobium sheets by deep drawing and electron-beam welding, and a series of measurements, such as resonant frequency, shape dimensions and wall thickness, were carried out during this process. After analysis of various problems existing in the fabrication process, tech-nique improvements were proposed, and finally the precise shape as designed and resonant frequency within 1.2 MHz were achieved for the new completed cavities. In addition, full annealing was finally proved to be a good cure for niobium sheets' tearing up during deep drawing. By fabricating niobium cavities successfully, some problems to the next step were cleared. This paper introduces the process of cavity fabrication and its technique improvements towards forming, and the initial vertical test result of niobium cavity is also presented.     

速调管输入腔开放腔的高频特性分析与实验研究

 建立了带输入波导结构的S波段速调管放大器输入腔开放腔模型,利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究,并对输入腔结构进行了优化设计。利用已加工的输入腔进行了高频参数的冷测实验研究,实验中的输入腔结构尺寸与高频分析中的完全相同,实验结果与高频分析结果一致。用3维PIC程序对电子束经过该输入腔后的束流调制以及注入微波的吸收情况进行了模拟。模拟结果表明：该输入腔与微波注入波导匹配很好,注入微波能被电子束和谐振腔全部吸收,在输入腔间隙后37 cm处得到了13%的基波电流调制深度。