上海软X射线自由电子激光装置直线加速器束流位置测量系统研制

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）作为中国第一台工作在软X射线波段的第四代光源,其产生的激光具备短波长、全相干、超高亮度、超短脉冲长度等优点,预期将会在基础科学研究领域中发挥出重要的作用。基于直线加速器的特点和需求,在SXFEL的注入器与直线加速段上选择了条带型束流位置测量系统（SBPM）作为束团位置测量工具。该系统由SXFEL束测团队自主研发设计,由条带探头、前端信号调理电子学与专用数字信号束流位置处理器（DBPM）组成,系统设计上借鉴上海同步辐射光源（SSRF）的同类型设备,并根据SXFEL的特点做了进一步的优化,束流实验结果表明该系统位置测量系统分辨率好于5.7 μm@188 pC,达到国际先进水平,满足了SXFEL注入器和直线加速器段对束流位置测量分辨率的设计要求。     

Performance evaluation of BPM system in SSRF using PCA method

The beam position monitor (BPM) system is of most importance in a light source. The capability of the BPM depends on the resolution of the system. The traditional standard deviation on the raw data method merely gives the upper limit of the resolution. Principal component analysis (PCA) had been introduced in the accelerator physics and it could be used to get rid of the actual signals. Beam related information was extracted before the evaluation of the BPM performance. A series of studies had been made in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) and PCA was proved to be an effective and robust method in the performance evaluations of our BPM system.     

束流轨道与相关环境参数的同步诊断技术

粒子加速器由于受地基振动、环境温度、热效应等因素的影响,导致束流位置探头(BPM)所在真空盒的机械中心相对四极铁磁中心的漂移较大,因此很难提高束流轨道的绝对测量精度。探索利用电容式探头实时检测该漂移量的方法。首先分析了电容式探头的测量原理,并设计了轨道振动同步诊断方案,然后设计了专用探头,并利用数据采集设备对探头的线性度、精度和频率响应进行实验室测试。结果显示电容式探头能检测到2μm的相对位移,且可有效检测300Hz以下的振动频率,可用于束流轨道与相关环境参数的同步诊断。     

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。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统条带电极的设计及模拟计算

 用高频结构模拟程序HFSS优化设计条带电极kicker并计算了它的反射参数和横向分流阻抗。从模拟得到的反射参数可以看出，在要求的250MHz带宽范围内, 反射的功率小于7%，说明了条带与功率传输线是阻抗匹配的；模拟得到的横向分流阻抗与公式计算得到的结果基本上一致。当频率250MHz时，得到了1 300Ω的分流阻抗，在此种条件下，需要反馈功率为123W方能抑制束流不稳定性，这为电极的机械设计和在反馈系统中选择功率放大器提供了最基本的依据。     

Experimental study using Touschek lifetime as machine status flag in SSRF

The stabilities of the beam and machine have almost the highest priority in a modern light source. Although a lot of machine parameters could be used to represent the beam quality, there is no single parameter that could indicate the global information for the machine operators and accelerator physicists. For the last few years, a new parameter has been studied as a beam quality flag in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF). Calculations, simulations and detailed analysis of the real-time data from the storage ring have been made and the interesting results have confirmed its feasibility.     

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。     

上海光源储存环工作点测量系统

报道了工作点测量技术的研究现状,对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行优化,对系统测量误差及分辨力进行测试评估,讨论了测量系统不同工作模式的优缺点,并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统,其系统测量误差小于0.000 1,测量分辨力好于0.000 05,测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在μm量级,现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。     

BEPCⅡ BPM模拟研究

基于减少光电子的要求,BEPCⅡ真空管道采用antechamber结构,TE模截止频率可能低于BPM信号处理频率500MHz.本文主要模拟研究TE10模对位置测量的影响,发现TE10模截止频率低于500MHz时,将带来束流位置测量误差10.1μm;改变狭缝长度,在TE10模截止频率高于500MHz时,测量误差将在可以接受的范围内.同时,模拟研究了BPM尾场对束流的影响,计算了相应尾场阻抗