新型跑道腔式束流位置监测器

系统提出了一种新的腔式束流位置监测器(BPM),即跑道型腔式BPM,并使用微波工作室软件进行了理论研究和模拟计算,提出了通用设计方法。跑道型腔式BPM的金属腔部分具有跑道形横截面,引出束流位置偏移激励起的一对偶极模式作为束流位置信号。该方案的偶极模式极化方向固定,频率分离,可以解决随机误差产生的横向串扰问题,其理论位置分辨力可以达到15 nm。     

合肥光源BPM真空室位移的测量与分析

合肥光源电子储存环的束流水平轨道存在缓慢漂移现象,本文针对这一现象进行了束流位置检测器(BPM)真空室形变、位移和温度等参数的测量.通过这些测量,分析了BPM真空室的形变、位移、温度以及束流轨道漂移与束流流强的关系,对束流水平轨道的漂移现象做出合理的解释,即导致轨道水平漂移的主要原因是同步光热效应导致BPM真空室水平移动,提出了采用补偿方法对BPM的轨道测量值进行实时修正,从而提高了慢速轨道反馈系统有效性.     

合肥光源BPM真空室位移的测量与分析

合肥光源电子储存环的束流水平轨道存在缓慢漂移现象, 本文针对这一现象进行了束流位置检测器(BPM)真空室形变、位移和温度等参数的测量. 通过这些测量, 分析了BPM真空室的形变、位移、温度以及束流轨道漂移与束流流强的关系, 对束流水平轨道的漂移现象做出合理的解释, 即导致轨道水平漂移的主要原因是同步光热效应导致BPM真空室水平移动, 提出了采用补偿方法对BPM的轨道测量值进行实时修正, 从而提高了慢速轨道反馈系统有效性.     

合肥光源BPM真空室位移监测系统

 合肥光源(HLS)电子储存环的束流水平轨道存在缓慢漂移现象,导致轨道水平漂移的主要原因是同步光热效应导致束流位置检测器(BPM)真空室水平移动。为抑制这种现象而研制的合肥光源BPM真空室位移监测系统,利用光栅位移传感器实时监测全环24个BPM真空室的位移,并将数据反馈至HLS控制系统,由控制系统对BPM的轨道测量值进行实时修正,从而提高了慢速轨道反馈系统有效性。     

用于激光驱动质子束测量的腔式束流位置探测器模拟研究

根据激光驱动质子束流低发射度、短脉冲、单束团低电量的性质,研究腔式束流位置探测器(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性问题。针对质子束团的大横向分布和发散角问题,推导了其通过腔式BPM的输出信号,结果表明该信号与集中从束团对称中心、倾斜一定角度通过的束流产生的输出信号相同。依据上述原理,使用CST软件进行了腔式BPM的设计和仿真,确定了矩形谐振腔波导耦合的方案。讨论了该方案的腔式BPM对于激光加速束流的适用性和不同激光驱动质子束流参数的分辨率,并针对PW级激光加速系统进行了分辨率估算。     

上海软X射线自由电子激光束流准直

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）对束流发射度增长的幅度有着较为严格的限制,传统的光学准直已经不能满足其要求。采用基于束流的准直方法可以实现更为精密的准直,使得直线加速器的准直误差进一步降低,以满足自由电子激光装置的要求。通过对不同条件下束流位置检测器（BPM）测得的数据采用最小二乘法算法进行计算分析,可以计算得到四极磁铁和BPM的准直误差,进而进行束流准直和轨道校正。基于以上原理,计算了各种元件误差对轨道和发射度造成的影响,同时基于Matlab平台设计了控制软件,模拟结果表明轨道偏离量可减少一个数量级。     

中国散裂中子源直线输运线束流位置测量系统

介绍了针对中国散裂中子源(CSNS)的直线到环输运线(LRBT)所设计的条带式束流位置测量(BPM)系统,探头方案以条带式电极为基础进行物理设计及参数优化,并通过机械标定减少机械加工误差,电子学选用商用数据处理方案。此系统在加速器实际运行中有效提供位置信息,对在线测量数据采用奇异值分解(SVD)进行分析,根据分析结果,对束流轨道测量的精度达到预期设计目的,满足物理调束需求。     

用束流位置监测器精确测量储存环流强

 束流位置监测器（BPM）是粒子加速器束测系统中最为常见的元件,该探头输出信号中除包含束流位置信息外还包含电荷量等其它信息,可作为多参数束流诊断设备。采用BPM理论分析和数值仿真分析相结合的方法讨论了该种探头同时用于束流流强测量的可行性。在上海光源储存环上进行了束流试验,测定了全环140个BPM的流强标定系数,对BPM用于流强测量的分辨率、束流位置依赖性、频率依赖特性进行了测试,根据实验结果讨论了该方法在当前技术条件下所能达到的性能及其局限性。     

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。     

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.     

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.     

A new measurement method for electrode gain in an orthogonally symmetric beam position monitor

The new beam position monitor (BPM) system of the injector at the upgrade project of the Hefei Light Source (HLS Ⅱ) has 19 stripline beam position monitors. Most consist of four orthogonally symmetric stripline electrodes. Differences in electronic gain and mismachining tolerance can cause changes in the beam response of the BPM electrodes. This variation will couple the two measured horizontal positions, resulting in measuring error. To alleviate this effect, a new technique to measure the relative response of the four electrodes has been developed. It is independent of the beam charge, and the related coefficient can be calculated theoretically. The effect of electrode coupling on this technique is analyzed. The calibration data is used to fit the gain for all 19 injector beam position monitors. The results show the standard deviation of the distribution of measured gains is about 5%.     

基于BEPCⅡ的腔式束流位置探测系统设计优化与线下测试

研究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统(CBPM)的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段,束流管道半径23 mm,参考腔TM010工作频率和位置腔TM110的工作频率一致。由线下测试结果可知,CBPM实物特征参数与仿真结果一致,CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz;垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于-44.7 dB;测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台,对经过CBPM信号进行时域和频域分析,通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87μm、2.16μm。     

用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

HLS Ⅱ储存环条带束流位置检测器的离线标定

针对合肥光源二期改造工程设计了一条带束流位置检测器(BPM), 用于储存环中束流参数在线测量。对条带BPM进行了位置信号的离线标定,采用差比和法和对数比法进行计算,获得了灵敏度系数、映射图和拟合经验多项式,发现采用对数比法得到的灵敏度大小和线性范围好于差比和法。对和信号进行离线标定,发现和信号相对中心位置处的归一化值在(-5 mm, -5 mm)到(5 mm, 5 mm)范围内变化不超过6%。该条带BPM也用来测量合肥光源储存环上束团横向四极振荡,所以需对横向四极分量进行标定。采用二维网格结构高斯加权法模拟高斯束团,使用差比和法进行计算,并将测量结果与模拟结果比较,发现横向四极分量随 (x2-y2)线性变化的灵敏度与模拟结果相同,均为0.001 1 mm-2。得到的拟合经验公式用于在线测量。