BEPCⅡ的耦合补偿方案

根据工程设计的特点和难点，BEPCII储存环的耦合补偿采用了创新的设计思路. 探测器的螺线管磁场将得到对撞点两侧6块反螺线管的完全补偿，弧区内的斜四极磁铁将对全局耦合参数进行补偿与调节. BEPCII耦合补偿与耦合调节的方案以及方案的可行性评估将在本文中详细介绍.     

BEPCⅡ控制系统

北京正负电子对撞机重大改造工程BEPCⅡ于2001年启动. BEPCⅡ采用双环交叉角对撞方案,使用微包络函数(micro-β)和多束团对撞以提高亮度. 先进的低温超导技术将用于对撞机的设计中. BEPCⅡ控制系统采用分布式体系结构和系统集成工具EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)进行开发. 控制系统的设计采用了国际先进技术. 目前系统正在建造之中, 主要系统完成了软硬件开发和实验室调试, 于2006年3月进入现场安装.预计BEPCⅡ储存环2006年10月可以开始带束流调试. 本文将介绍BEPCⅡ控制系统及其进展.     

BEPCⅡ低温控制系统研制

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)首次应用低温超导技术建造低温系统. 低温控制系统通过控制前端低温系统的压力、液位、流量和功率等过程变量, 分别产生饱和液氦、两相氦和过冷的单相液氦, 使用这三种不同形式的氦流来冷却超导设备. 低温控制系统采用EPICS+PLC双层架构体系, 实现对前端低温超导设备的全自动控制. EPICS主要完成低温系统的过程控制、逻辑控制和PID闭环控制; PLC负责前端关键设备的联锁控制, 用于保护低温超导设备的安全.     

BEPCⅡ直线注入器重大改进进展

BEPCⅡ是“工厂”型的高亮度正负电子对撞机.它要求其直线注入器提供高能(1.89GeV)和强流(40mAe+,30 0mAe- )的正负电子束以实现全能量注入和高注入速率(5 0mA/min .e+) ,并要求直线注入器出口正负电子束的发射度低(1.6πmm·mrade+,0.2πmm·mrade- )、能散小(±0.5 % )以满足储存环接受度的要求.因此,必须对现有BEPC的直线注入器作重大改进,包括新电子枪及其束流调整系统、新正电子源及其磁号装置、新微波功率源及其相位控制系统、新的束流轨道和光路调整系统等.这些新系统和装置大多已完成了设计、研制、测试和试组装等,将在今年的春夏安装于隧道,并期望在年底前获得正负电子束.     

BEPCⅡ直线加速器发射度测量

BEPCⅡ直线加速器采用改变四极磁铁励磁电流, 测量获取的束流横截面荧光图像得到束流包络, 进而通过对束流包络和励磁电流的拟合计算得到束流发射度和Twiss参数. 在BEPCⅡ直线加速器的改进过程中, 发现并解决了影响发射度测量结果准确性的多个问题, 改进了束流横截面测量方法和发射度计算方法, 提高了测量结果的准确性. 根据BEPCⅡ直线加速器的具体情况, 还编写了束流截面测量程序和发射度计算程序, 提高了发射度的测量和计算速度, 方便了发射度测量实验的使用.     

BEPCⅡ第二阶段对撞模式调束圆满完成

2008年2月1日上午8：26,BEPCⅡ储存环实现530mA×530mA对撞,这是本轮调束实现的最高对撞流强,也为第二阶段对撞模式调束画上了圆满的句号。     

Online measurement of the BEPC Ⅱ background using RadFET dosimeters

To monitor the integral dose deposited in the BESⅢ electromagnetic calorimeter whose perfor-mance degrades due to exposure to the BEPCⅡ background, a 400 nm IMPL RadFET dosimeter-based integral dose online monitor system is built. After calibration with the 60Co source and verification with TLD in the pulse radiation fields, an experiment was arranged to measure the BEPC Ⅱ background online. The results are presented.     

BEPCⅡ磁铁电源控制系统

BEPCⅡ约有460台磁铁电源分布在储存环和输运线上. 绝大部分电源要求万分之一的控制精度和稳定度, 只有二极磁铁电源要求十万分之五的控制精度和稳定度. 所有电源均采用SNS电源控制器PSC/PSI进行控制. 在将PSC/PSI用于BEPCⅡ磁铁电源的控制之前, 搭建了PSC/PSI控制样机, 对电源工程样机进行了开关机、升降电流的控制, 并对PSI的DAC/ADC控制精度和稳定度进行测量, 结果证明其控制精度和稳定度均满足要求. 采用PSC/PSI的优点是控制硬件相同, 软件相同, 系统集成简单, 便于安装. 从而缩短控制系统研发周期, 节约人力资源. 介绍了BEPCⅡ储存环和输运线磁铁电源PSC/PSI控制系统体系结构和功能、电源控制软件的开发以及所取得的阶段性进展.     

The cryogenic control system of BEPCⅡ

A superconducting cryogenic system has been designed and deployed in the Beijing Electron-Positron Collider Upgrade Project (BEPCⅡ). The system consists of a Siemens PLC (S7-PLC, Programmable Logic Controller) for the compressor control, an Allen Bradley (AB) PLC for the cryogenic equipments, and the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) that integrates the PLCs. The system fully automates the superconducting cryogenic control with process control, PID (Proportional-Integral-Differential) control loops, real-time data access and data storage, alarm handler and human machine interface. It is capable of automatic recovery as well. This paper describes the BEPCⅡ cryogenic control system, data communication between S7-PLC and EPICS Input/Output Controllers (IOCs), and the integration of the flow control, the low level interlock, the AB-PLC, and EPICS.     

The BEPCⅡ Data Production and BESⅢ offline Analysis Software System

The BES detector has operated for about 12 years,and the BES offline data analysis environment also has been developed and upgraded along with developments of the BES hardware and software.The BESⅢ software system will operate for many years.Thus they should meet developments of the new technology in software,It should be highly flexible,Powerful,stable and easy for maintenance.And following points should be taken into account:1) To benefit the collaboration and make better exchanges with the international HEP experiments this system shoule be set up by adopting or referring the newest technology in the software from advanced experiments in the world.2).It should support hundreds of the existing BES software packages and serve for both old experts who familiar with BESII software and computing environment and new members who is going to benefit from the new system.3).The most BESII existing packages will be modified or re-designed according to the hardware changes.     

BEPCⅡ超导腔失效分析

以北京正负电子对撞机(BEPCII)超导腔为例,通过监测运行中超导腔的主要参数,如腔压、输入功率、调谐角等,并与理论计算相比较的方法,对超导腔失效常见的几种原因,包括：高频系统硬件故障、束流丢失以及调谐器机械运动不畅等,进行了分析,重点解决了调谐器机械运动不畅导致超导腔失效这一比较复杂的问题。这些分析为减少BEPCII高频故障,增加BEPCII运行可靠性提供了重要参考。     

BEPC Ⅱ注入器相控系统的设计

以2.856GHz频率上相位控制达到±2°为目标,阐述北京正负电子对撞机重大改造工程注入器相控系统设计思路,提出相应的系统实现结构。在分析相控过程的基础上,分解系统指标,把它作为相控系统详细设计和关键部件测试的依据。最后,针对相位测量这一关键问题,给出了具体的实现方法。     

BEPC Ⅱ注入器相控系统的设计

 以2.856GHz频率上相位控制达到±2°为目标，阐述北京正负电子对撞机重大改造工程注入器相控系统设计思路，提出相应的系统实现结构。在分析相控过程的基础上，分解系统指标，把它作为相控系统详细设计和关键部件测试的依据。最后，针对相位测量这一关键问题，给出了具体的实现方法。     

Study on cooling process of cryogenic system for superconducting magnets of BEPCⅡ

In the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider (BEPCⅡ), three superconducting magnets are employed to realize the goal of two orders of magnitude higher luminosity. A cryogenic system with a total capacity of 0.5~kW at 4.5~K was built at the Institute of High Energy Physics (IHEP) to support the operations of these superconducting devices. For preparing the commissioning of the system, the refrigeration process was simulated and analyzed numerically. The numerical model was based on the latest engineering progress and focused on the normal operation mode. The pressure and temperature profiles of the cryogenic system are achieved with the simulation. The influence of the helium mass flow rates to cool superconducting magnets on the thermodynamic parameters of their normal operation is also studied and discussed in this paper.     

BEPCⅡ直线加速器的双脉冲加速研究

为了将BEPCⅡ直线加速器的正电子注入速率提高到单脉冲运行时的两倍左右, 提出了双脉冲产生和加速的方案。对BEPCⅡ直线加速器双脉冲加速的束流动力学进行了模拟, 首次给出了双脉冲的模拟方法。此外, 还在BEPCⅡ直线加速器上进行了双脉冲加速的初步实验研究, 为以后BEPCⅡ直线加速器的进一步改造提供了参考。     

为提高BEPCⅡ亮度进行的一些研究

BEPCⅡ是BEPC的升级工程, 它被设计工作在亮度为1×10³³cm^－2.s^－1的τ-charm能区. 根据用几个不同的程序进行的束--束相互作用的模拟结果, BEPCⅡ的亮度较设计亮度有不同程度的下降. 其中一个程序的计算结果表明, 在原设计对撞模式下运行, BEPCⅡ的运行亮度只能达到0.50×10³³cm^－2.s^－1. 为了提高BEPCⅡ的运行亮度, 研究了小动量压缩因子的对撞模式, 亮度可以提高到0.54×10³³cm^－2.s^－1. 相应的束长由1.5cm减小到1.2cm. 为了和1.2cm的束长相匹配, 又研究了对撞点垂直β函数等于1.2cm的对撞模式. 根据束--束相互作用的模拟结果, 选择了几个高亮度的工作点, 对它们的线性lattice和动力学孔径等进行了研究和优化. 其中, 最高的亮度可以达到0.828×10³³cm^－2.s^－1.     

BEPCⅡ直线加速器的双脉冲加速研究

 为了将BEPCⅡ直线加速器的正电子注入速率提高到单脉冲运行时的两倍左右, 提出了双脉冲产生和加速的方案。对BEPCⅡ直线加速器双脉冲加速的束流动力学进行了模拟, 首次给出了双脉冲的模拟方法。此外, 还在BEPCⅡ直线加速器上进行了双脉冲加速的初步实验研究, 为以后BEPCⅡ直线加速器的进一步改造提供了参考。     

BEPCⅡ直线加速器的误差和抖动效应

为达到BEPCⅡ 直线加速器的设计指标,系统地研究了误差和抖动(Jitter)效应对束流性能的影响。误差效应包括束流的初始偏轴和聚焦透镜偏轴导致的色差效应;束流的初始偏轴和加速结构偏轴导致的尾场效应等。主要的抖动效应包括相位漂移抖动和高频功率源中调制器电压的抖动影响等。确定了在BEPCⅡ直线加速器上对误差和抖动的限制,如来自电子枪的束流的初始偏轴应小于等于0.3 mm,加速结构和聚焦磁铁的安装误差应小于等于0.2 mm,相位漂移抖动误差应小于等于2°,调制器的电压抖动误差应小于等于0.1%。并进一步确认了必须采用相位控制系统和束流轨道校正系统,以抑制这些误差效应的影响,达到正、负电子束流能散度小于等于0.5% 和电子束束流发射度小于等于0.25 mm·mrad,正电子束束流发射度小于等于1.60 mm·mrad 的设计目标。     

BEPCⅡ直线加速器的误差和抖动效应

为达到BEPCⅡ 直线加速器的设计指标,系统地研究了误差和抖动(Jitter)效应对束流性能的影响。误差效应包括束流的初始偏轴和聚焦透镜偏轴导致的色差效应;束流的初始偏轴和加速结构偏轴导致的尾场效应等。主要的抖动效应包括相位漂移抖动和高频功率源中调制器电压的抖动影响等。确定了在BEPCⅡ直线加速器上对误差和抖动的限制,如来自电子枪的束流的初始偏轴应小于等于0.3 mm,加速结构和聚焦磁铁的安装误差应小于等于0.2 mm,相位漂移抖动误差应小于等于2°,调制器的电压抖动误差应小于等于0.1%。并进一步确认了必须采用相位控制系统和束流轨道校正系统,以抑制这些误差效应的影响,达到正、负电子束流能散度小于等于0.5% 和电子束束流发射度小于等于0.25 mm·mrad,正电子束束流发射度小于等于1.60 mm·mrad 的设计目标。     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试和稳定运行

BEPCⅡ重大改造工程要求将对撞机的峰值亮度提高近百倍, 并具有高积分亮度, 为此必须对作为注入器的直线加速器进行重大改造, 提供高能、强流、小发射度和小能散度的正负电子束, 达到高注入速率(正电子50mA/min.)的要求. 这对直线加速器各系统和束流调试是一个挑战. 在成功建造了新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流轨道测量系统等的基础上, 着重叙述了束流参数的调试结果, 束流能量、能散度、发射度、传输效率均达到(或优于)设计指标. 描述了束流参数稳定性的研究、改进和成功地达到稳定运行. 最后简述了新建中的次谐波聚束系统, 以进一步提高束流性能和注入速率.