工作点反馈系统对同步辐射光源运行稳定性的提升（英文）

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)。     

CSRm束流累积阶段闭轨校正系统设计

为测量兰州重离子加速器冷却储存环主环(CSRm)束流累积阶段的闭轨畸变并进行闭轨校正,开发了闭轨校正系统,该系统由轨道测量系统、闭轨控制系统和校正磁铁系统构成。轨道测量系统实现对束流轨道的实时监测;闭轨控制系统读取束流轨道信息,然后进行闭轨校正计算,并将计算后的校正值传输给校正磁铁系统;校正磁铁系统通过改变校正电源的值,改变校正磁铁的强度,实现对束流轨道的调整,完成闭轨校正。模拟测试结果表明,束流轨道水平方向的最大畸变由校正前的3.37 mm减小为校正后的0.39 mm,垂直方向的最大畸变由校正前的4.21 mm减小为校正后的0.31 mm。该系统能够实现响应矩阵的自动测量和束流轨道的自动校正,满足设计要求。     

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）。     

医用重离子回旋加速器引出系统设计

紧凑型回旋加速器作为重离子医学专用装置同步加速器的注入器,其引出系统设计所用的磁场为TOSCA模型计算磁场。通过单粒子轨道计算确定引出系统的元件类型及基本参数;通过多粒子跟踪确定最终的元件参数和束流参数。为了提高引出效率,改善引出束流品质,在引出位置磁场梯度较大的位置,安放了一块C型磁铁,以改善此处的磁场梯度。同时,为了消除此C型磁铁对主磁场的影响,在此区域安放了一对线圈。计算结果表明引出系统的设计能够保证引出束流的强度和品质符合同步加速器的要求。     

重离子治癌引出BUMP电源控制器设计

引出凸轨(BUMP)电源是负责医用重离子加速器束流引出的关键设备,其电流上升的同步性影响束流的引出效率,而电流波形的多样性与治疗模式和治疗精度密切相关。要在凸轨磁铁(0.2~0.4 mH)上产生1~5 ms上升且精确同步的励磁电流,并确保电流的跟踪性和波形的多样性,采用了实时调整强励电压及基于特征参数的电流波形控制方法。本文介绍了基于Inter公司SoC(System-on-a-Chip)技术的引出BUMP电源数字控制器软硬件设计,并首次应用到医用重离子加速器装置,经过现场验证,在不同的凸轨磁铁上产生了1~5 ms同步变化的电流,同时保证了电流上升时期的跟踪精度(>5 s),达到了设计要求。     

中国散裂中子源加速器束流引出调试和束损优化

引出系统是中国散裂中子源快循环同步加速器的核心组成部分，对束流精确打靶和加速器稳定运行具有重要意义。首先，详细介绍了快循环同步加速器的引出系统和束流引出方案，重点介绍了一些引出系统相关的关键技术。其次，对引出束流调试进行深入研究，包括纵向束流调试、横向束流调试、引出束流分布优化等，其中纵向束流调试主要针对8个引出Kicker定时进行精确标定，横向束流调试主要指Lambertson型磁铁、8个Kicker磁铁、高能输运线模式的匹配设置。最后，对引出束流束损进行深入研究和针对性优化，探索引出束流损失的各种来源，对Lambertson型磁铁漏场、引出束团长度、Kicker波形平顶、Kicker波形变化进行深入研究并对一些新的测量方法进行详细论述。同时，对Lambertson型磁铁入口产生超大辐射热点的现象进行深入研究，寻找其产生大量束流损失的根源，并提出最终解决方案，降低引出束流损失和辐射剂量，使其满足加速器运行要求。     

兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统

 踢轨系统是一种以快速脉冲方式工作的以高压大电流驱动的特殊二极磁铁系统,用于环形加速器的束流注入和引出。简要介绍了在兰州重离子加速器冷却储存环上采用ARM+DSP+FPGA技术实现踢轨控制时序的方法,时间控制精度达ns量级。ARM主要控制信号的网络通讯,踢轨系统的时序精度控制主要由DSP结合FPGA技术完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用信号隔离器及铁氧体以抑制脉冲干扰。经现场测试,系统可以安全稳定地实现束流踢轨的控制要求。     

中国散裂中子源快循环同步加速器中色品校正及六极磁铁非线性效应

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）把能量为80 MeV的束流储存并加速到1.6 GeV然后引出到靶站。为了减少RCS中的束流损失，有必要对RCS做色品校正，并减小动量偏移对束流光学的影响。尝试了多种色品校正方案并对不同色品校正方案做了比较。用三维跟踪程序SIMPSONS研究了色品校正六极铁与空间电荷效应对束流的影响。色品校正六极铁可以有效减小色品引起的频散，但是由于六极铁为非线性元件，导致不同振幅的粒子间有一定频散。模拟发现同时存在空间电荷效应和色品校正六极铁时，会有少量的束流损失。     

CSRm束流径向和轴向振荡的耦合

介绍了由于磁铁的安装误差和螺线管的存在而造成的束流径向和轴向的耦合，以及耦合对束流稳定的影响。结合CSRm结构的典型参数分析得出:二极磁铁和四极磁铁在纵向角安装偏差为-0.5~0.5 mrad；有螺线管存在的情况下，工作点落在和共振线时，将导致束流不稳定而大量损失，落在差共振线时，束流稳定。通过模拟计算发现:螺线管产生的耦合远大于磁铁的纵向角安装偏差产生的耦合。     

CSRm束流径向和轴向振荡的耦合

 介绍了由于磁铁的安装误差和螺线管的存在而造成的束流径向和轴向的耦合，以及耦合对束流稳定的影响。结合CSRm结构的典型参数分析得出：二极磁铁和四极磁铁在纵向角安装偏差为-0.5~0.5 mrad；有螺线管存在的情况下，工作点落在和共振线时，将导致束流不稳定而大量损失，落在差共振线时，束流稳定。通过模拟计算发现：螺线管产生的耦合远大于磁铁的纵向角安装偏差产生的耦合。     

小型医用质子同步加速器的慢引出设计

 围绕北京医用质子同步加速器的方案, 研究设计了1/3整数共振的慢引出系统。利用该系统, 可获得较高的引出效率(大于95% )、较小的引出束流发射度(在静电切割器处, 积分发射度为0.15πmm·mrad)、较窄的引出动量分散(0.12% ) 以及较均匀的引出束流。     

兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

利用直流辅助凸轨设计HLS注入系统研究

合肥同步光源的现有注入凸轨由3块冲击磁铁产生,不同的运行模式具有不同的凸轨.为了改变这种凸轨参数与储存环参数的相互依赖,提出采用集中布局的方案,即在注入长直线节形成注入局部凸轨.由于HLS的注入长直线节很短,需要冲击磁铁为束流提供较大的偏转角度.为此,本文研究了采用辅助直流凸轨的方案,以减小对冲击磁铁强度的要求,并分析该注入系统对储存环动力学孔径的改善.     

CSNS RCS注入横向相空间涂抹的研究

中国散裂中子源(CSNS)加速器系统由80MeV的直线加速器和1.6GeV的快循环同步加速器(RCS)构成. CSNS第一阶段采用H^－剥离注入方法, 将粒子数累积至1.88×10¹³. 注入束流被涂抹在较大的横向相空间内, 以减小空间电荷效应. 粒子注入后, 为了降低由空间电荷效果引起的工作点漂移和工作点弥散, 束流分布的均匀性很重要. 引入了评估束流分布均匀性的三个参数. 为了抑制注入过程中束流发射度和束晕的增长, 通过采用三维的模拟程序ORBIT, 对不同的横向相空间涂抹方案进行了比较. 同时还介绍了工作点、注入峰值流强和斩波调制比等因素对注入过程的影响.     

强流重离子加速器装置的增强器慢引出系统（英文）

中国科学院近代物理研究所承担的强流重离子加速器装置目前已进入了初步设计阶段。增强器作为该装置的主加速器,可利用双向涂抹技术将~(238)U~(35+)束的粒子数累积至1.0×10~(11),并将其从注入能量为17 MeV/u加速至高能量,引出能量的范围为200-835 MeV/u。为了提供s量级的准连续束以开展辐照实验,增强器中设计了慢引出系统,该系统将采用三分之一共振与RF-knockout的引出方法。同步加速器中有两种不同种类的六极磁铁,用于实现色品校正与共振驱动,并在设计中考虑了两者能同时运行并互不影响。针对增强器中不同引出能量的~(238)U~(35+)束,对其相应的稳定接受度模拟结果进行了比较,并给出了在引出静电偏转板处的光学匹配参数,这将为增强器中重离子束的慢引出及放射性次级束流分离器的入口光学设计提供重要的理论依据。     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

圆形加速器的注入和引出技术

圆形加速器中的注入引出通常是关键性的系统,它们在从一个加速阶段到另一个加速阶段或从加速器到实验系统的柬流传输中起到重要作用.注入引出区通常也是发生较大柬流损失的地方.受制于空间限制和尽可能减小对循环束的干扰的要求,注入引出的电磁设备设计通常都需要满足不少特殊的要求如:紧凑性、低杂散场、快上升或下降时间等等.常用的注入引出元件包括:切割磁铁、冲击磁铁、静电偏转板、慢凸轨磁铁和剥离膜等.尽管不同的加速器类型和具体设计对注入引出系统的要求是不一样的,但很多设计和制造中的技术和工艺是类似的,可以在不同实验室中共享.本文给出了国内主要的圆形加速器所采用的注入和引出技术的综述.     

300MeV质子同步加速器概念设计优化（英文）

目前处于设计阶段的哈尔滨工业大学空间辐照效应装置,其核心部件是由1台10 MeV的注入器、1台300MeV的同步加速器以及输运线构成的加速器装置。同步加速器中引出的质子束流被用于辐照研究。基于装置的概念设计,优化了其同步加速器部分的设计。设计了新的磁聚焦结构,优化了基于新的磁聚焦结构的多圈注入系统的凸轨变化模式,提高了注入效率。为了更好地优化引出束流的时间结构,慢引出系统采用了RF knock-out的方法。为了满足精准辐照的要求,研究了RF Kicker的频率调制,发现RF Kicker的双频调制能使得引出束流更均匀。A research complex for aerospace radiation effects research is in the designing stage in Harbin Institute of Technology. Its core part is a proton accelerator complex, which consists of a 10 MeV injector, a 300 MeV synchrotron and beam transport lines. The proton beam extracted from the synchrotron is utilized for the radiation effects research. Based on the conceptual design, the design study for optimizing the synchrotron has been done. A new lattice design was worked out, and the decreasing pattern of the bump of the multi-turn injection system was optimized to increase the injection efficiency. In order to improve the time structure of the extracted beam, a RF knock-out method is employed in the slow extraction system. To meet the requirement of accurate control of dose, the frequency modulation of the RF kicker is well investigated, and the dual frequency modulation has been found to have a better performance for a uniform spill.     

30MeV医用回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁的研制

加速器引出束流分布一般都是高斯分布, 而在束流应用中需要更多的是均匀分布的束流. 目前国内研究已经实现了束流的均匀分布, 但事实上这些束流的均匀度不够理想. 因此, 重点介绍了能够使束流实现高均匀分布的旋转扫描磁铁的研制过程, 在理论推敲和实践检测的基础上充分证实: 通过旋转扫描磁铁的作用, 束流可以在目标靶上完全实现高均匀分布. 这项技术在国内实属首创, 其性能已经达到国际同类磁铁的先进水平.     

强流重离子加速器装置的增强器慢引出系统

中国科学院近代物理研究所承担的强流重离子加速器装置目前已进入了初步设计阶段。增强器作为该装置的主加速器,可利用双向涂抹技术将238U35+束的粒子数累积至1.0×1011,并将其从注入能量为17 MeV/u加速至高能量,引出能量的范围为200-835 MeV/u。为了提供s量级的准连续束以开展辐照实验,增强器中设计了慢引出系统,该系统将采用三分之一共振与RF-knockout的引出方法。同步加速器中有两种不同种类的六极磁铁,用于实现色品校正与共振驱动,并在设计中考虑了两者能同时运行并互不影响。针对增强器中不同引出能量的238U35+束,对其相应的稳定接受度模拟结果进行了比较,并给出了在引出静电偏转板处的光学匹配参数,这将为增强器中重离子束的慢引出及放射性次级束流分离器的入口光学设计提供重要的理论依据。