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。     

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。     

HLS新研制的束流位置探测器定标和误差分析

介绍了NSRL二期工程中,为存储环上注入段真空盒改造而新研制的8组束流位置探测器的定标和数据处理过程及其探头定标电场的拟合和误差计算结果.介绍了专门用于BPM信号处理模块的电子学系统以及它的运行性能.     

电阻环束流探测器的标定

 电阻环探测技术是一种成熟、实用的在线测试束流技术，它能给出束流的大小和束流质心的位置。在即将投入使用的20MeV直线感应加速器中，该技术将作为一种精确的束流诊断手段。为此设计了一套精密的束流模拟和电阻环标定装置，其束流位置的定位精度达到0.02mm，以之对精心设计的电阻环进行标定。标定的结果表明电阻环对束流质心位置的测试精度达到0.5mm，经标定后的束位置拟合值绝对误差不大于0.2mm。     

HLS-Ⅱ直线加速器能量调节及应用

为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节,设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量,储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量;使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描,获得各加速段的能量增益公式;定量调节速调管的输出相位和高压,实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明,该方案能快速实现束流能量调节,调节后的束流具有良好品质,束流横向能散小于0.22%,注入速率明显改善。     

BEPC横向阻尼时间的测量

 利用逐束团测量系统在BEPC储存环中跟踪单个束团得到其多圈位置振荡信息，获得BEPC储存环的横向阻尼时间与束流流强、色品、八极子和束流能量的关系，并通过分析得到了BEPC储存环辐射阻尼时间为52 ms。实验结果表明：流强越高、色品越大，阻尼率也就越大；束流流强为4.7 mA时八极子强度的变化对阻尼率没有影响；束流流强为5 mA时，阻尼率随束流能量升高而减小。     

合肥光源逐圈测量系统定标及其应用

介绍合肥光源(HLS)逐圈测量系统和工作在4?0?8MHz的对数比率电子学处理系统的原理和性能.利用逐圈测量系统可以测量HLS储存环的Damping率、注入效率、Beta振荡、v值瞬时变化等,以此研究束流不稳定性,为机器稳定高性能运行提供了一个强有力的测试手段.在系统的设计中,选择了新近受到广泛重视的对数比电路完成位置信号处理.它不仅具有宽的动态范围和带宽以及好的线性度,而且造价低廉易实现.本文重点介绍了HLS逐圈测量系统的在线定标、灵敏度和它在升级后新注入调试中的重要应用.实践证明,该系统对新注入系统的调整是相当有用的.它是开展储存环的非线性动力学研究,观察动力学孔径不可缺少的设备.     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ束测系统（英）

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ,包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔,注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要,注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量,以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。     

直流清洗电场对储存环聚焦参数修正作用的研究

研究了直流清洗电场对储存环聚焦参数的修正作用.认为该清洗电场形成的横向振荡数移位,与储存束流闭轨实时位置有关.指出电极沿环不对称分布的此类清洗电场,会破坏储存环聚焦结构的对称性,降低储存环的接受度,在一定条件下,对注入积累束流过程有负作用.     

数字束流位置探测器通道自动增益校准方法的研究与实现

在现有硬件基础上,基于BPM测量准确度的需求,在自制的电子学FPGA芯片内,通过Verilog语言实现了一种数字BPM采样数据增益自动校准的设计。首先介绍了自动增益校准模块的系统总体设计;然后对模块的实现方法做了详细说明,设计并搭建了ADC数据自动增益校准测试平台以验证自动增益较准模块的功能;最后介绍了该设计在BPM通道标定中的应用。实验结果表明,该方法可以实现4通道增益一致,使ADC采样后的数据幅度相同,有效解决了由通道增益不一致引起的测量偏差,以及工程应用中ADC数据幅度校准工作量大且难于操作的问题,将在BPM系统通道自动标定中发挥重要作用。     

BEPC基于束流准直的BPM OFFSET测量系统

束流轨道对加速器的运行很重要,为了能准确的测量束流的位置,有必要对束流位置监视器(BPM)本身进行快速,准确的准直.介绍在BEPC上用束流作为基准来测量BPM的零点偏差(OFFSET) .这套测量系统用辅助绕组来改变四极磁铁的强度,已经应用到BEPC上,并且取得一定效果.     

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.     

一种非正交对称条带束流位置监测器设计

介绍了一种条带束流位置监测器(BPM)的设计与仿真方法。在国家同步辐射实验室"太赫兹近场高通量材料物性测试系统"工程项目中,针对波荡器出口处真空室非正交对称性的问题,设计了矩形真空室和跑道形真空室下的两种非正交对称性条带BPM,并与传统的圆形真空室下条带BPM进行对比。基于边界元法,利用MATLAB软件分别对三种真空室下的条带BPM进行建模和仿真。仿真结果表明:相对于传统的圆形真空室下条带BPM,矩形和跑道形真空室下条带BPM灵敏度提高了30%,阻抗匹配误差相对降低了20%,束流位置拟合误差降低了80%。考虑加工精度,矩形真空室下的条带BPM更适用于该工程。     

BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

针对北京正负电子对撞机改造工程（BEPC II）直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状,结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求,设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构,以FPGA作为主控制器,基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下,使用正电子束流,完成电子学系统在线测试,x方向位置测量精度约为38.46 μm,y方向位置测量精度约为26.16 μm,其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块,能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。     

通过响应矩阵计算横向振荡的振幅函数和相位

 响应矩阵反映了束流位置监测器（BPM）位置处观察到的束流在校正铁磁场空间中的运行规律。根据电子储存环理论模型，采用迭代方法从实测响应矩阵计算束流横向振荡的振幅函数和相位。计算结果的精度主要受响应矩阵测量误差、BPM测量误差和校正铁电源刻度误差影响。计算响应矩阵的误差代表了迭代所采用的工作点的正确度，实际的工作点对应于计算响应矩阵的最小均方差，以此可推导实际的工作点。     

基于激光和CCD组合的小孔转轮重复定位精度测量方法

小孔转轮是某试验装置光路自动校准系统的关键器件,重复定位精度是其重要指标之一。为了有效测量运行于真空环境下的小孔转轮重复定位精度,提出了一种基于激光和CCD组合的测量方法,并以转轮滤波小孔光斑中心的位置重复性作为其重复定位精度的评价指标,搭建了一套完整的测量系统。利用CCD采集通过转轮滤波小孔的激光光斑,通过图像处理的方法对激光光斑图像进行滤波去噪、阈值分割、二值化、边缘检测等预处理,利用最小二乘法对激光光斑进行圆拟合,得到光斑中心坐标。在非真空环境下与激光干涉仪进行了对比实验,两者测量的角度偏差仅相差11″,表明了该测量方法具有较高的精度,可以满足测量要求。采用该测量方法对真空环境下的小孔转轮进行了约6 h正反往复各60次的重复性测量,结果表明,该测量方法能有效测量真空环境下小孔转轮的重复定位精度。     

基于束流位置探测器的束团长度测量

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏移对束团长度测量的影响。由测量结果可见,电子束团长度在10~100 ps(3~30 mm)时,测量误差均小于2%,满足中国工程物理研究院高平均功率自由电子激光太赫兹实验测量的使用要求。     

Design and cold test of S-BAND cavity BPM for HLS

An S-band cavity BPM is designed for a new injector in National Synchrotron Radiation Laboratory. A re-entrant position cavity is tuned to the TM110 mode as position cavity. Cut-through waveguides are used as pickups to suppress the monopole signal. Theoretical resolution of this design is 31 nm. A prototype cavity BPM system is manufactured for off-line cold tests. The wire scanning method is used to calibrate the BPM and estimate the performance of the on-line BPM system. A cross-talk problem has been detected during the cold test. Racetrack cavity BPM design can be used to suppress the cross-talk. With the nonlinear effect being ignored, transform matrix can be used to correct cross-talk. Analysis of cold test results shows that the position resolution of prototype BPM is better than 3 μm.

     

Beam-based calibrations of the BPM offset at C-ADS Injector Ⅱ

Beam-based BPM offset calibration was carried out for Injector II at the C-ADS demonstration facility at the Institute of Modern Physics(IMP), Chinese Academy of Science(CAS). By using the steering coils integrated in the quadrupoles, the beam orbit can be effectively adjusted and BPM positions recorded at the Medium Energy Beam Transport of the Injector II Linac. The studies were done with a 2 m A, 2.1 Me V proton beam in pulsed mode.During the studies, the "null comparison method" was applied for the calibration. This method is less sensitive to errors compared with the traditional transmission matrix method. In addition, the quadrupole magnet's center can also be calibrated with this method.