基于束流位置探测器的束团长度测量

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏移对束团长度测量的影响。由测量结果可见,电子束团长度在10~100 ps(3~30 mm)时,测量误差均小于2%,满足中国工程物理研究院高平均功率自由电子激光太赫兹实验测量的使用要求。     

基于束流位置探测器的束团长度测量

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏移对束团长度测量的影响。由测量结果可见,电子束团长度在10~100 ps(3~30 mm)时,测量误差均小于2%,满足中国工程物理研究院高平均功率自由电子激光太赫兹实验测量的使用要求。     

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。     

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。     

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x, y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100 Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。     

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x,y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。     

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并,为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响,对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示,在束团合并过程中,束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡,导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变,是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响,采用多谐波前馈系统进行补偿,达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的,从而确保了BRing中引出束流的品质,同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。     

BEPCII直线注入器的尾场效应

BEPCII直线注入器中的强流、短束团的尾场效应将损害束流的性能.用分析解和数值模拟计算的方法,系统地研究了尾场对纵向和径向束流动力学的影响,包括单束团的短程尾场和多束团的长程尾场对束流能量、能散、发射度、轨道和初级电子束在正电子产生靶上束斑尺寸的影响等.研究了有效抑制这些尾场效应的措施     

合肥光源直线加速器BPM系统的研制和测量

合肥光源直线加速器新改造的BPM系统已经安装, 并做了在线的束流位置测量实验. 本文介绍该BPM系统的结构、作为系统核心部分的信号处理模块以及离线标定的实验结果和在线应用的实验结果, 表明该BPM系统具有不小于40dBm的动态范围, 不大于100μm的束流位置分辨率, 水平方向和垂直方向分别具有1.61dB/mm和1.51dB/mm的灵敏度. 校正铁强度与BPM读数关系的实验, 表明该BPM系统能正确地反映束流的位置变化情况, 并且确定了校正铁在水平方向和垂直方向的校正系数分别为0.46mm/A和0.58mm/A, 校正铁设置为默认值时该BPM处的束流中心水平位置和垂直位置分别为0.83mm和－0.57mm.     

加速器束流测量中的数字系统设计

加速器束流测量系统中的数字技术主要是处理安装在真空管道里的探测器感应出的束流电信号, 这个电信号包含丰富的束流信息, 如束流位置, 工作点, 束团长度等, 所以采用一套数字化平台, 经过不同的软件分析, 就可得到许多的加速器束流参数. 本论文为建立这样一套数字化平台做了一些尝试, 设计了高速高精度采样处理系统, 它采用软件无线技术, 包含独立的四通道高速中频采样处理电路. 本系统已经在HLS上采用频率谐波法测量了束团长度, 另外在实验室配以RF前端模块模拟了BPM测量. 达到了预先的设计目标. 最后提出了对系统的改进, 可以采用Ethernet代替VME总线, 在500MHz直接采样, 及使用FPGA来实现DDC, DSP, FIFO, Ethernet等功能, 这些将是下一步设计目标, 最终实现商业化产品的目的.     

双束流激发的纵向尾场与纵向不稳定性的研究

用解析的方法研究了同向和反向运动束流激发的纵向尾场,并且给出了线性近似下束团沿环不均匀分布情形下的双束流纵向多束团不稳定性的计算公式,得出了双束流不稳定性与高频腔(或其它类腔结构)在环上位置及模的对称性有关的结论。     

轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器

轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器可以不需要模式转换器或弯曲过渡波导而直接通过天线轴向辐射微波,从而使微波源及其辐射系统更加紧凑。粒子模拟结果表明,在400 keV,8.9 kA的束流条件下,轴向提取矩形波导TE10模虚阴极振荡器在2.12 GHz处可以获得功率为500 MW的高功率微波输出,功率效率为14%,频率、模式纯净。这些结果为相同波段同类装置的小型化提供了一条可能的技术途径。     

双束流激发的纵向尾场与纵向不稳定性的研究

 用解析的方法研究了同向和反向运动束流激发的纵向尾场,并且给出了线性近似下束团沿环不均匀分布情形下的双束流纵向多束团不稳定性的计算公式,得出了双束流不稳定性与高频腔(或其它类腔结构)在环上位置及模的对称性有关的结论。     

等梯度加速结构中的尾场计算研究

带电粒子束在穿过加速结构时激起的尾场, 会导致束流能散和发射度的增大. 准确计算尾场对正确估计尾场效应对束流性能的影响具有重要意义. 本文对等梯度加速结构中短程尾场、中长程尾场和超长程尾场的计算方法进行了较系统的研究, 并首次给出了超长程尾场的计算公式. 此外, 本文还给出了BEPCⅡ直线加速器等梯度加速结构中短程尾场、中长程尾场以及超长程尾场的计算结果, 并对多种方法计算结果的一致性和在某些范围内的差别做了分析说明.     

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.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

加速器束流测量中的数字系统设计

加速器柬流测量系统中的数字技术主要是处理安装在真空管道里的探测器感应出的束流电信号,这个电信号包含丰富的束流信息,如柬流位置,工作点,束团长度等,所以采用一套数字化平台,经过不同的软件分析,就可得到许多的加速器束流参数.本论文为建立这样一套数字化平台做了一些尝试,设计了高速高精度采样处理系?它采用软件无线技术,包含独立的四通道高速中频采样处理电路.本系统已经在HLS上采用频率谐波法测量了束团长度,另外在实验室配以RF前端模块模拟了BPM测量.达到了预先的设计目标.最后提出了对系统的改进,可以采用Ethernet代替VME总线,在500MHz直接采样,及使用FPGA来实现DDC,SP,IFO,thernet等功能,这些将是下一步设计目标,最终实现.商业化产品的目的.     

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。     

BEPCⅡ直线注入器的尾场效应

BEPCⅡ直线注入器中的强流、短束团的尾场效应将损害束流的性能．用分析解和数值模拟计算的方法，系统地研究了尾场对纵向和径向束流动力学的影响，包括单束团的短程尾场和多束团的长程尾场对束流能量、能散、发射度、轨道和初级电子束在正电子产生靶上束斑尺寸的影响等．研究了有效抑制这些尾场效应的措施．     

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.