The beam-based calibration of an X-ray pinhole camera at SSRF

A pinhole camera for imaging X-ray synchrotron radiation from a dipole magnet is now in operation at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring. The electron beam size is derived by unfolding the radiation image and the point spread function (PSF) with deconvolution techniques. The performance of the pinhole is determined by the accuracy of the PSF measurement. This article will focus on a beam-based calibration scheme to measure the PSF system by varying the beam images with different quadrupole settings and fitting them with the corresponding theoretical beam sizes. Applying this method at SSRF, the PSF value of the pinhole is revised from 37 to 44 μm. The deviation in beam size between the theoretical value and the measured value is minimized to 4% after calibration. This optimization allows us to observe the horizontal disturbance due to injection down to as small as 0.5 μm.     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

机器学习在储存环轨道校正中的应用研究

X射线同步辐射光源,是现代科学研究中最强大的工具之一。位于中国上海的上海光源,是一台能量为3.5 GeV的先进的第三代中能同步辐射光源。第三代同步辐射光源要提供高亮度、高稳定性的同步辐射来满足实验条件要求苛刻的前沿研究,因此对束流的轨道稳定性有很高的要求。为此,采用机器学习算法进行电子束轨道的控制和反馈。这种基于神经网络的轨道校正方法不依赖于具体的响应矩阵,建立非线性映射关系,并且还可以进行连续的在线再训练,对上海光源的轨道校正和提高束流轨道稳定性有重要意义。     

Physics design of SSRF synchrotron radiation security

High brightness of SSRF brings about synchrotron radiation security problems, which will be solved in physics design. The main radiations are generated from bending magnets and insertion devices. Since the fact that radiation power and radiating area are different in these two kinds of synchrotron radiation, the arrangements of photon absorbers, diaphragms and other vacuum components need to be treated distinctively. In addition, SSRF interlock protection threshold is defined and the beam orbit in the straight line is limited. Hence, beam orbit in the bending magnets and IDs are also restricted by the threshold. The orbit restriction is calculated and helps us to arrange the vacuum components. In this paper, beam orbit distortion restricted by interlock protection threshold, radiation power, radiation angle and illuminating area are calculated. From the calculation results, the physics designs in manufacture and installation vacuum components are put forward. By commissioning, it is shown that physics requirements are met rigidly in the engineering process.     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明:光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

上海光源储存环主支撑减振研究

 上海光源是一台在建的第三代同步辐射光源,对束流轨道稳定性要求很高。由磁铁和支架组成的支撑组件的机械稳定性是影响束流轨道稳定性的重要因素。对主支撑组件样机的测试结果表明,其最低共振频率处放大倍数为50左右,超过要求5倍。因此,需要研究相应的减振措施。利用阻尼减振原理设计了一种约束阻尼结构。在样机上的测试结果表明,安装该装置后,支撑组件的共振放大倍数最大可以降低91.8%,对应的功率谱密度的峰值可以降低25 dB。因此,该装置可以用来增加支撑的稳定性。     

Physics design of SSRF synchrotron radiation security

High brightness of SSRF brings about synchrotron radiation security problems, which will be solved in physics design. The main radiations are generated from bending magnets and insertion devices. Since the fact that radiation power and radiating area are different in these two kinds of synchrotron radiation, the arrangements of photon absorbers, diaphragms and other vacuum components need to be treated distinctively. In addition, SSRF interlock protection threshold is defined and the beam orbit in the straight line is limited. Hence, beam orbit in the bending magnets and IDs are also restricted by the threshold. The orbit restriction is calculated and helps us to arrange the vacuum components. In this paper, beam orbit distortion restricted by interlock protection threshold, radiation power, radiation angle and illuminating area are calculated. From the calculation results, the physics designs in manufacture and installation vacuum components are put forward. By commissioning, it is shown that physics requirements are met rigidly in the engineering process.     

KB镜束流截面测量系统研制

为了对衍射极限储存环的束流横向截面尺寸及发射度进行测量,设计了一套Kirkpatrick-Baez(KB)反射镜聚焦成像系统,并在上海光源(SSRF)储存环进行预制研究。该系统主体由两面垂直放置的KB反射镜组成,分别在水平及垂直方向对弯转磁铁光源点进行成像,系统工作在硬X射线波段,聚焦光斑被闪烁体X射线相机采集。对影响系统成像质量的像差和点扩散函数进行了计算。目前,实现了对束流的实时成像,可精确测量束流横向截面尺寸为75.9 μm(水平方向)和20.2 μm(垂直方向),系统稳定性(RMS)小于0.1 μm。     

双压电片镜在同步辐射光源光学系统中的应用

介绍了双压电片镜自适应光学技术,同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料,总结介绍了双压电片镜自适应光学技术,阐述了该技术的工作机理与关键参数,并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述,并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势:不仅要有效地解决"连接点效应"对双压电片镜技术的负面影响,还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑,这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来,双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—"上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)"二期工程建设中得到应用。     

合肥光源上采用干涉方法测量束流截面

 束流截面尺寸测量对优化系统参数、确保光源运行至关重要。采用干涉法测量合肥同步辐射光源束流截面垂直方向的尺寸。基于Cittert-Zernike 定理,利用双缝干涉条纹的对比度得出相干度和束流截面尺寸。测量系统由干涉成像与图像处理系统组成。进行了5组试验,试验结果证明了干涉法测量合肥同步辐射束流截面尺寸的可行性。     

EAST 装置等离子体逃逸电子同步辐射行为的实验研究

通过红外可见内窥镜诊断系统对EAST 等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析,得出低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段,随着逃逸电子能量的增加,同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。在欧姆放电条件下,对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析,同时研究了EAST 等离子体在低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示,低杂波和NBI 的投入总体抑制电子的逃逸,但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。     

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通过红外可见内窥镜诊断系统对EAST等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析,得出低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段,随着逃逸电子能量的增加,同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。在欧姆放电条件下,对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析,同时研究了EAST等离子体在低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示,低杂波和 NBI 的投入总体抑制电子的逃逸,但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。     

基于图像边沿特征的强激光腔镜准直处理方法

 激光束光路自动准直系统用于高功率激光装置光束精密准直。基于某激光原型装置总体对腔镜准直调整流程,针对高功率激光系统腔镜准直过程光斑图像,仿真处理并定量分析了光斑边缘特征;结合腔镜准直监测单元光传输分析,使用激光光斑边缘不同部分曲率的相似性和光斑圆形度实现了对腔镜调节的量化评估。在腔镜准直结束时圆形度指标为12.222;边缘相似度达到99.62%。     

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。     

同步辐射压弯镜重力补偿方法

介绍了同步辐射压弯镜重力引起的面型斜率误差及评价标准。根据梁的弯曲理论,提出了力矩加多点力补偿重力的方法,以上海光源XAFS光束线(BL14W)中的压弯镜为例,计算出力矩加两点力、力矩加三点和力矩加四点力补偿的最小斜率均方根误差分别为0.092,0.041,0.022 μrad。补偿结果的对比表明,当镜子两端有力矩补偿时,各补偿力相应减小,力矩加两点力、力矩加三点力和力矩加四点力补偿的面型斜率误差分别为没有力矩补偿时的52%,61%,68%。力矩加多点力补偿重力的方法明显优于多点力补偿重力的方法。     

嵌入式上海光源EPICS插入件控制系统

插入件是上海光源重要组成设备之一,其控制系统主要由高精度电机运动控制、位置反馈、校正线圈电源控制、前端轨道反馈及人机界面等部分组成。为实现以上功能并无缝接入上海光源EPICS控制系统,设计了基于EPICS的插入件控制系统。在此基础上,利用嵌入式EPICS技术将所有EPICS组件嵌入到一台嵌入式控制器中。嵌入式EPICS技术简化了系统结构,方便用户操作和后期维护。经测试和在线运行,该系统控制功能完整,反馈控制实时性高,束流的稳定性得到了提高,为试验站稳定供光提供了保证。     

上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的设计

 开展了上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的结构和脉冲电源的技术设计,并进行了磁场分布和励磁电流波形的模拟计算。还给出了陶瓷真空盒镀膜的设计参数,提出了计算陶瓷真空盒镀膜接受同步光功率的公式,研究了防止镀膜和波纹管受到同步光照射的机械布局设计。     

基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,实现对低Z材料成像。利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术,实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测,并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。