逐圈测量系统定标和新近实验结果

 主要介绍了合肥光源储存环上，正在应用和改进中的逐圈测量系统的定标和灵敏度；比较和分析了利用该系统获得的储存环200MeV 和 800MeV damping时间测量结果；在环注入调试中发现了束流积累限制的原因。它不仅可测到储存环的damping时间、beta振荡幅度和工作点瞬时变化，而且是研究抑制环的束流不稳定性和提高注入积累效率的重要测量手段。系统使用对数比电路完成位置信号处理，具有宽的动态范围和带宽以及好的线性度和稳定的运行性能，而且造价低廉，易实现。     

基于嵌入式EPICS的合肥光源储存环束流损失监测系统

针对合肥光源储存环恒流运行(Top-off)改造等性能提升的需要,研制了新型的基于嵌入式EPICS架构的储存环束流损失监测(BLM)系统,用于监测储存环中束流损失发生的位置和大小。新BLM处理器获取储存环各处双PIN型光电二极管传感器所采集的簇射电子的信号,分析处理后通过各个处理器内部的嵌入式系统所运行的EPICS程序将数据实时发布到加速器控制网络,使中控室能够实时获取束损的数据。新BLM系统能够实时对双PIN型传感器进行自检操作,排查故障隐患,提高了系统运行的效率和可靠性,经过试运行表明,新BLM系统可完全满足合肥光源恒流的运行需要。     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7～25 MeV/u同步加速到２00～1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高１个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。     

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。     

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。     

加速器科学与技术

1998年直线加速器向储存环提供了4080小时的束流，包括注入能量为1．55GeV的束流。总运行效率达98.1％。表4．1．1是该年度的总体运行统计，表4．1．2为该年度的工作安排。     

工作点反馈系统对同步辐射光源运行稳定性的提升（英文）

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)。     

HIRFL与CSR的匹配研究

国家重大科学工程HIRFLCSR冷却储存环计划主环CSRm利用已有的HIRFL作为注入器,为了更好地利用HIRFL加速器的能力,对这两台加速器的匹配在原来的初步考虑的基础上进行了较为详细的研究,提出了分别利用HIRFL自己的注入器SFC单独注入到CSR以及SFC加上主加速器SSC注入到CSR的两套方案,既可以提高HIRFL与CSR的总传输效率,又可以在SFC与CSR联合运行的同时使SSC与另建的小回旋加速器组合加速质子,从而充分提高HIRFL的运行效率.     

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）。     

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。     

BEPC储存环束流振荡频率测量

在加速器的运行和机器研究过程中,需要经常对束流振荡频率进行测量.BEPC储存环束流振荡频率测量系统包括一台频谱仪,两个条形电极装置,两个电压放大器和一个束流振荡检测器.本文介绍了经过改进的BEPC储存环束流振荡频率测量系统.     

BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

Coupling measurement and correction at the SSRF storage ring

Brightness is an important parameter for 3^rd generation light source. Correcting the emittance coupling is a realistic way to increase brightness without any additional equipment in a machine under operation. The main sources of emittance coupling are betatron coupling and vertical dispersion. At the SSRF storage ring, tune split and LOCO are used to measure the respective betatron and emittance coupling. Both of these sources can be corrected by skew quadrupoles. By measuring the skew quadrupole-coupling response matrix, betatron coupling can be changed from 0.014% to 2%. But the vertical dispersion changes at the same time. LOCO can find the suitable setting to correct simultaneously the betatron coupling and vertical dispersion. The emittance coupling can be reduced to 0.17% by this method. More simulations show the potential for smaller emittance coupling if more skew quadrupoles are employed.     

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.     

Analysis and correction of linear optics errors,and operational improvements in the Indus-2 storage ring

Estimation and correction of the optics errors in an operational storage ring is always vital to achieve the design performance. To achieve this task, the most suitable and widely used technique, called linear optics from closed orbit(LOCO) is used in almost all storage ring based synchrotron radiation sources. In this technique, based on the response matrix fit, errors in the quadrupole strengths, beam position monitor(BPM) gains, orbit corrector calibration factors etc. can be obtained. For correction of the optics, suitable changes in the quadrupole strengths can be applied through the driving currents of the quadrupole power supplies to achieve the desired optics. The LOCO code has been used at the Indus-2 storage ring for the first time. The estimation of linear beam optics errors and their correction to minimize the distortion of linear beam dynamical parameters by using the installed number of quadrupole power supplies is discussed. After the optics correction, the performance of the storage ring is improved in terms of better beam injection/accumulation, reduced beam loss during energy ramping, and improvement in beam lifetime. It is also useful in controlling the leakage in the orbit bump required for machine studies or for commissioning of new beamlines.     

Nonlinear optimization of the modern synchrotron radiation storage ring based on frequency map analysis

In this paper, we present a rule to improve the nonlinear solution with frequency map analysis （FMA）, and without frequently revisiting the optimization algorithm. Two aspects of FMA are emphasized. The first one is the tune shift with amplitude, which can be used to improve the solution of harmonic sextupoles, and thus obtain a large dynamic aperture. The second one is the tune diffusion rate, which can be used to select a quiet tune. Application of these ideas is carried out in the storage ring of the Shanghai Synchrotron Radiation Facility （SSRF）, and the detailed processes, as well as better solutions, are presented in this paper. Discussions about the nonlinear behaviors of off-momentum particles are also presented.