对数比电路原理与低频工作点反馈系统

 在合肥光源注入系统升级改造后，尝试了几种方法来改进机器注入束流稳定性。研制了用于抑制注入过程残余β振荡的水平和垂直方向的工作点振荡抑制模块，尝试了包括逐圈测量和锁相环原理来激励和稳定束流等方法来跟踪工作点变化。详细分析了基于对数比原理的逐圈测量系统，包括单束团和多束团模式，证明在多束团模式下逐圈测量的可行性和意义，更新了数据采集和可远程控制的软件集成环境。     

反馈抑制HLS注入过程中β振荡的尝试

为了提高注入束流的积累,抑制由于注入系统误差所引起较大的β残余振荡是非常有必要的.本文较系统地介绍了合肥光源(HLS)抑制注入β振荡反馈系统的设计思想、原理和线路,并提供了它的初步实验结果.作为原理论证和预研,我们使用了一个相对简单的模拟滤波器和移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈,看到了明显的抑制作用.为以后研制低频和高频反馈系统,研究抑制束流的横向和纵向不稳定性打下基础.     

合肥光源逐圈测量系统试验结果及其在注入调试中的应用

 介绍了合肥光源(HLS)逐圈束流位置测量系统在升级后的注入系统联调中的作用。该逐圈测量系统信号处理器采用对数比电路，数据获取采用NI5102 ADC。为了保证长达2s数据获取，采样数据通过突发的DMA方式实时写入工控机的系统内存。注入Kicker用作为激励束流，以便监测衰减率和研究β振荡。     

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。     

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）。     

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。     

逐圈测量系统在合肥光源数字反馈调试中的应用

 使用逐圈测量系统作为观测手段,通过对逐圈测量系统采集所得数据进行分析,判断了数字反馈系统调试过程中的反馈效果。在改变六极铁电流以逐步改变储存环的色品值的过程中,通过逐圈测量系统观察了束流不稳定性,计算得到振荡增长时间和阻尼时间分别为0.258 ms和1.172 ms。并测量和计算了工作点、相空间等束流特性参数,分析了束流靠近和穿越5/9共振线的完整过程。     

数字锁相检测在合肥光源逐圈测量系统的应用

从其原理出发,分析了数字锁相检测在逐圈束流位置测量系统中用于束流振荡阻尼率(增长率)计算的可行性,并在Matlab中对其进行了仿真计算。将该方法应用到合肥光源逐圈测量系统中,进行了Beta振荡的增长和阻尼时间的计算,结果显示振荡增长时间约为0.26ms,阻尼时间为1.2ms(反馈系统调试时)。仿真和实验结果都表明,数字锁相检测可以有效用于逐圈测量系统中阻尼率的计算。     

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。     

用横向反馈系统对上海光源多束团不稳定性的诊断

在上海光源二期升级改造过程中，为了解和追踪由阻抗引起的多束团不稳定性变化以及升级后的横向反馈系统对这种不稳定性的抑制效果，在机器研究中利用新反馈处理器的诊断工具记录了束流不同状态下的横向运动过程，分析得到了最主要的横向多束团不稳定模式在束流稳态、注入瞬态以及增长-衰减过程中的变化情况，评估了横向反馈的作用效果，计算出该模式增长率/阻尼率以及增长率与束流的依赖关系。     

束—等离子体放电中低频等离子体波的非稳定性研究

本文采用非中性冷等离子体模型,研究了沿磁场入射的电子束和等离子体相互作用引起的低频等离子体波的非稳定性。计算表明,在束-等离子体放电情况下,振动频率和增长率都随电子束密度增加而增加,当束电流一定时,它们随l增加而略有增加。l=1时其频率数量级与离子迴旋频率相同。l≥3时,振动频率几乎不随k_z变化,其振动频率和增长率数量级与低混杂振荡频率相同,实质是低混杂漂移非稳定性。理论结果与实验一致。     

合肥光源逐束团横向反馈系统

 介绍了在合肥光源研制的一套横向(x, y方向)高频、宽带逐束团测量和反馈系统,以及抑制耦合束团不稳定性的初步实验。其中重点介绍了在该系统研制过程中所涉及的部分关键技术：矢量运算模块的开发使得反馈系统的调试简易方便;Notch滤波器用于滤除反馈信号中的直流分量以及回旋频率分量,节省反馈功率;激励条带的研制。初步的反馈实验结果表明：反馈系统开启后不稳定性振荡得到抑制。     

Enhancement of an Instability by Internal Feedbacks in a Plasma

The electron-ion instability is excited in counterstreaming ion beams and plasma system. The instability is a new type of standing oscillations whose wavelength is given by D/n, where D is the distance between boundaries and n is an integer. The amplitude is controlled by a difference between the velocities of the beams, which changes the phase of a feedback loop. The internal feedback is caused by a reflected wave and by a coupling between the boundaries. Temporal evolution of the instability is measured and is found to agree with numerical solutions of the Van der Pol equation including a feedback term. A measured growth rate is proportional to the square of the oscillation amplitude.     

Damping of coherent betatron oscillations of a charged particle beam in synchrotrons with a feedback system

Decisions of a delay differential equation which describes the dynamics of a charged particle beam in the smoothed approach in synchrotrons with a feedback system are analyzed. Features of the decisions for frequency shifts and decrements of coherent betatron oscillation damping caused by a signal delay in the feedback loop are revealed.     

实验环Betatron振荡随机冷却的模拟

随机冷却是一种基于带宽反馈系统对束流振荡进行衰减的冷却方法,更适合冷却较大发射度和动量分散的次级粒子束,与电子冷却互补,可以得到更高品质的束流。兰州重离子研究装置(HIRFL) 目前处于冷却存储环的实验环随机冷却系统的设计和建造阶段。通过对横向Betatron 振荡的模拟,得到了提高系统带宽、增加探测器(Pick-up) 和冲击器(Kicker) 的个数、降低系统噪声温度等对缩短冷却时间和减小冷却平衡值的重要作用。同时,分析了较大的动量分散或较大的放大器增益对Betatron 振荡冷却过程产生的加热现象。Stochastic cooling, based on a feedback system, aims at damping the oscillation of particles. Stochastic cooling is more suitable to cool secondary beam with larger size and momentum spread, and it is therefore can be complemented with electron cooling, in order to obtain beam of higher quality. Stochastic cooling system is being designed and constructed on the experimental Cooling Storage Ring of HIRFL. By simulation of Betatron stochastic cooling, it is obtained that the importance for shortening the cooling time and reducing cooling equilibrium by improving bandwidth, increasing the numbers of pickup and kicker, and decreasing the system noises. Meanwhile, the heating during the cooling process caused by larger momentum spread or larger gain of amplifier is analyzed.     

椭圆带状电子束聚焦方式

分析了椭圆带状电子束空间电荷场分布,采用3维粒子模拟软件观察椭圆带状电子束的传输不稳定性。分别对采用周期凸起磁场结构和偏置周期凸起磁场结构聚焦椭圆电子束进行理论分析,并利用粒子模拟软件对聚焦效果进行仿真。通过对比研究发现:偏置型周期凸起磁场结构更适合用于抑制椭圆截面带状电子束的传输不稳定性。     

合肥光源横向反馈系统的改进与试验结果

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。