BEPCⅡ注入冲击磁铁电源系统的时间漂移调节器

北京正负电子对撞机二期改造工程(BEPCⅡ)对注入冲击磁铁电源系统的时间稳定性提出了很高的要求, 即脉冲的时间抖动和漂移总量小于±5ns. BEPCⅡ冲击磁铁电源采用的是基于闸流管开关的LC谐振放电的半正弦脉冲电源, 为了补偿包括闸流管在内的系统时间漂移, 研制了时间漂移调节器, 经过测试其主要性能指标达到设计要求, 调节分辨率为1ns, 自身抖动加8小时漂移小于2ns. 主要介绍时间漂移调节器的基本原理和实现手段, 以及研制过程所获得的主要经验.     

BEPCⅡ注入冲击磁铁电源系统的时间漂移调节器

北京正负电子对撞机二期改造工程(BEPCⅡ)对注入冲击磁铁电源系统的时间稳定性提出了很高的要求,即脉冲的时间抖动和漂移总量小于±5ns.BEPCⅡ冲击磁铁电源采用的是基于闸流管开关的LC谐振放电的半正弦脉冲电源,为了补偿包括闸流管在内的系统时间漂移,研制了时间漂移调节器,经过测试其主要性能指标达到设计要求,调节分辨率为1ns,自身抖动加8小时漂移小于2n5.主要介绍时间漂移调节器的基本原理和实现手段,以及研制过程所获得的主要经验.     

BEPCⅡ直线加速器的双脉冲加速研究

 为了将BEPCⅡ直线加速器的正电子注入速率提高到单脉冲运行时的两倍左右, 提出了双脉冲产生和加速的方案。对BEPCⅡ直线加速器双脉冲加速的束流动力学进行了模拟, 首次给出了双脉冲的模拟方法。此外, 还在BEPCⅡ直线加速器上进行了双脉冲加速的初步实验研究, 为以后BEPCⅡ直线加速器的进一步改造提供了参考。     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

BEPCⅡ零模束流反馈系统研制

 为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强（910 mA）时的纵向振荡（零模）,引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。     

BEPCⅡ控制系统

北京正负电子对撞机重大改造工程BEPCⅡ于2001年启动. BEPCⅡ采用双环交叉角对撞方案,使用微包络函数(micro-β)和多束团对撞以提高亮度. 先进的低温超导技术将用于对撞机的设计中. BEPCⅡ控制系统采用分布式体系结构和系统集成工具EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)进行开发. 控制系统的设计采用了国际先进技术. 目前系统正在建造之中, 主要系统完成了软硬件开发和实验室调试, 于2006年3月进入现场安装.预计BEPCⅡ储存环2006年10月可以开始带束流调试. 本文将介绍BEPCⅡ控制系统及其进展.     

45kHz,2kV电光调制电路的设计与应用

根据差分相移量子密钥分发实验对高速电光调制电路的需求,利用固体开关技术和变压器隔离技术,设计出了重复频率为45kHz、输出脉冲电压达到2kV的电光调制电路,该电光调制电路由两部分组成,正负1kV高压脉冲产生电路,其中正1kV高压脉冲的上升沿为50.44ns,下降沿为44.6ns,负1kV高压脉冲下降沿为52.29ns,上升沿为50.44ns。普克尔盒调制电路与光路进行联调,光路的消光比达到23dB,完全满足了消光比为20dB的实验需求。     

合肥光源逐圈束流位置监测系统中的定时系统

定时系统是合肥光源逐圈束流位置监测和相空间测量系统中的重要组成部分，其主要目的是为数据采集卡提供与环内电子束团同步的时钟信号。该系统包含高速ECL时钟成形、分频电路、程控延时电路、控制模块等部分。可实现延时范围0～220ns，最小延时步距0.5ns，调整精度0.1ns，时钟抖动小于200ps。系统控制软件基于客户/服务器结构，操作灵活、方便。     

基于光斑跟踪器的脉冲峰值保持电路的实现

针对激光光斑跟踪器接收信号处理系统中常规A/D采样电路对脉冲电压峰值采集的技术要求,设计了一种脉冲峰值保持电路。通过对该峰值保持电路的各项指标进行理论分析,采用宽带宽跨导放大器MAX436设计该峰值保持电路,并对该电路进行了仿真分析与实验研究,得到满足参数指标设计要求的实验结果:对于脉宽50 ns的激光脉冲信号,在输入信号幅度大于100 mV时,峰值保持电路的响应速度2 ns,下垂速率6.0 mV/s,保持精度1.1%。     

BEPCⅡ直线注入器的尾场效应

BEPCⅡ直线注入器中的强流、短束团的尾场效应将损害束流的性能．用分析解和数值模拟计算的方法，系统地研究了尾场对纵向和径向束流动力学的影响，包括单束团的短程尾场和多束团的长程尾场对束流能量、能散、发射度、轨道和初级电子束在正电子产生靶上束斑尺寸的影响等．研究了有效抑制这些尾场效应的措施．     

BEPCⅡ中电子云不稳定性模拟研究

正电子储存环在多束团运行时有可能发生电子云不稳定性(ECI)?.本文针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的具体条件,编写发展了模拟计算程序,以不同电子云密度抑制措施下的计算结果为基础,研究了耦合束团不稳定性和单束团不稳定性,给出了电子云不稳定性增长率和阈值密度以及色品对束团尺寸增长的抑制作用,为储存环中电子云不稳定性的前沿科学研究和BEPCⅡ工程设计提供了有意义的结果.     

闪光二号加速器气体主开关同步触发系统

 设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统。该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成。整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生。通过对同步信号的整形处理，解决了发生器电流上的高频信号干扰问题；经过快速比较电路和前级脉冲后，选取了同步信号开始工作的时间点，并形成十几V的触发信号；高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式，该结构的气体开关时间响应为50 ns，抖动小于5 ns，满足使用要求。调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV，前沿小于10 ns，系统的工作时延440 ns，抖动13.5 ns；可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻，实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作。     

多束团不稳定性的模拟研究

利用模拟的方法研究了多束团不稳定性.SCBI程序(SIMULATION OF COUPLED-BUNCH INSTABILITIES)是一个用来模拟研究储存环上高频腔、真空盒内壁及其它腔形结构元件的长程尾场和中程尾场激发的多束团不稳定性的综合程序.在束团均匀分布情形下,比较了SCBI程序与ZAP程序的结果,两者非常一致.同时,利用SCBI程序对北京正负电子对撞机(BEPC)多束团改进方案(BEPCⅡ)的多束团不稳定性进行了详细的研究.     

BEPCⅡ电子枪系统测试与运行

2004年7月BEPCⅡ新电子枪系统在测试台进行了测试, 同年11月投入BEPCⅡ直线加速器运行. 描述了新电子枪系统的测试与运行状态. 电子枪设计电流10A, 脉宽1ns,重复频率50Hz, 脉冲高压200kV, 提供单脉冲和双脉冲运行模式. 通过实验获取了一些重要的关系曲线, 同时进行了初步的双脉冲测试. 流强及发射度测量等测试结果表明设计阶段的计算机模拟数据与实际情况基本相符. 从电子枪实际运行状况来看, 其设计与制造是成功的.     

P波段微波注入反相器模数转换电路的响应

 利用设计的三反相器模数（A/D）转换电路,开展了P波段微波注入实验。采用眼图观测法对电路的线性响应进行了有效测量,推导了实验线路中微波注入效率公式,利用一种实时温度检测电路来验证芯片工作状态的稳定性,并利用统计检验的方法分析了不同芯片及电路板等对实验数据获取的影响,从而保证了实验的有效性和可信度。重点研究了注入微波的幅值、频率、脉宽及重复频率等参数对反相器正常工作的影响。实验结果表明:当注入微波信号脉宽大于70 ns时,电路信号在微波脉冲结束后,相邻脉冲脉宽变化10%的非线性干扰功率阈值,比使电路信号噪声容限降低50%的功率阈值大4~6 dB,电路信号脉宽变化30%的功率阈值比脉宽变化10%的大2~3 dB,在功率小于32 dBm的实验中得到的最大非线性干扰为脉宽变化约40%。非线性干扰阈值随注入微波信号脉宽变化明显,拐点为40~70 ns。注入微波的重复频率对微波干扰阈值影响很小。     

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间（10%～90%）约2 ns,底宽（3%～3%）小于8 ns。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统样机在BEPC上的实验

为了抑制BEPCⅡ产生的耦合束团不稳定性, 提高储存环中的流强, 研制了一套逐束团横向束流反馈系统的样机并在BEPC上做了实验, 得到了理想的结果. 当束团不稳定时, 频谱仪上可以观察到横向边带, 此时将反馈系统闭环工作于阻尼状态时, 横向边带立即消失. 本文介绍了样机系统的组成、各部分的功能和实验结果.     

高精度超短脉冲激光多路同步延时触发控制系统

 该系统采用高速的ECL电路,实现了与82MHz飞秒激光脉冲序列中一个脉冲前沿严格精确同步的单脉冲输出;采用标准频率计数法和高精度线性斜波电压产生法,实现了延时时间调节范围宽(1ns～999μs)、调节精度高(1ns)、输出路数多(20路)的触发控制信号。     

合肥光源逐圈束流位置监测系统中的定时系统

 定时系统是合肥光源逐圈束流位置监测和相空间测量系统中的重要组成部分,其主要目的是为数据采集卡提供与环内电子束团同步的时钟信号。该系统包含高速ECL时钟成形、分频电路、程控延时电路、控制模块等部分。可实现延时范围0～220ns,最小延时步距0.5ns,调整精度0.1ns,时钟抖动小于200ps。系统控制软件基于客户/服务器结构,操作灵活、方便。     

基于PFN-Marx技术的200 keV脉冲X射线源设计与实验

基于PFN-Marx技术路线研制了200 kV脉冲驱动源,采用了超前触发技术,实现了在40 Ω水电阻负载上输出电压约200 kV、前沿约25 ns、脉冲宽度约62 ns的脉冲高压。设计了工作电压为200 kV的“Washer-Needle”型二极管,在二极管电压210 kV、电流5 kA条件下,输出X射线脉冲宽度约40 ns,X射线焦斑直径1.2 mm,1 m处照射剂量约15 mR。