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。     

HIAF中环形质量谱仪SRing的线性设计

为了精确测量短寿命原子核质量,提出了在强流重离子加速器装置(HIAF)上建造高精度环形质量谱仪SRing。SRing长188.7 m,最大设计磁刚度为1 3 T·m,主要由磁聚焦结构、注入系统、引出系统、随机冷却以及探测系统等组成。SRing将运行在等时性模式和收集模式下用于短寿命原子核质量的精确测量和放射性次级束流收集并纯化。详细介绍了SRing的线性光学设计,并给出两种模式下的光学设计、注入及引出系统的设计等,设计参数优化完毕后,机器测量精度有望提高到10~6。     

HIAF中环形质量谱仪SRing的线性设计

为了精确测量短寿命原子核质量,提出了在强流重离子加速器装置（HIAF）上建造高精度环形质量谱仪SRing。SRing长188.7 m,最大设计磁刚度为13 Tm,主要由磁聚焦结构、注入系统、引出系统、随机冷却以及探测系统等组成。SRing将运行在等时性模式和收集模式下用于短寿命原子核质量的精确测量和放射性次级束流收集并纯化。详细介绍了SRing的线性光学设计,并给出两种模式下的光学设计、注入及引出系统的设计等,设计参数优化完毕后,机器测量精度有望提高到106。     

X波段失谐加速结构的计算

采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构,同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸,得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明,失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高,与等阻抗加速结构相比,可以使尾场明显下降,从而降低束流崩溃发生的可能性。     

X波段失谐加速结构的计算

 采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构，同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸，得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明，失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高，与等阻抗加速结构相比，可以使尾场明显下降，从而降低束流崩溃发生的可能性。     

实验环Betatron振荡随机冷却的模拟

随机冷却是一种基于带宽反馈系统对束流振荡进行衰减的冷却方法,更适合冷却较大发射度和动量分散的次级粒子束,与电子冷却互补,可以得到更高品质的束流。兰州重离子研究装置(HIRFL) 目前处于冷却存储环的实验环随机冷却系统的设计和建造阶段。通过对横向Betatron 振荡的模拟,得到了提高系统带宽、增加探测器(Pick-up) 和冲击器(Kicker) 的个数、降低系统噪声温度等对缩短冷却时间和减小冷却平衡值的重要作用。同时,分析了较大的动量分散或较大的放大器增益对Betatron 振荡冷却过程产生的加热现象。Stochastic cooling, based on a feedback system, aims at damping the oscillation of particles. Stochastic cooling is more suitable to cool secondary beam with larger size and momentum spread, and it is therefore can be complemented with electron cooling, in order to obtain beam of higher quality. Stochastic cooling system is being designed and constructed on the experimental Cooling Storage Ring of HIRFL. By simulation of Betatron stochastic cooling, it is obtained that the importance for shortening the cooling time and reducing cooling equilibrium by improving bandwidth, increasing the numbers of pickup and kicker, and decreasing the system noises. Meanwhile, the heating during the cooling process caused by larger momentum spread or larger gain of amplifier is analyzed.     

衍射极限环光源纵向束流注入非线性优化

下一代同步辐射光源储存环动力学孔径较小,因而束流注入困难,可以通过纵向束流注入解决这一问题。为了使用更长的kicker脉冲,有必要降低高频频率以增加注入束流到储存束流的时移。因为同步辐射运动,时移更长的束流有更高的动量偏差,所以通过该方法进行注入需要储存环提供足够大的能量接受度和动力学孔径。用SSRF-U的候选磁聚焦结构来展示纵向束流注入非线性优化的可行方法。由一系列高频频率的最佳结果可知,低于界限频率时kicker脉冲不会继续增长。在束流模拟中,采用界限频率与合适六级铁强度,可使SSRF-U储存环束流注入达到最高效率。     

200MHz质子带窗四翼型射频四极场加速器结构模拟研究

根据束流动力学设计方案,使用电磁场计算软件CST Microwave Studio对带窗四翼型射频四极场(RFQ)结构进行了模拟研究,分析了加速腔结构参数对其物理特性的影响,得到了200MHz质子带窗四翼型RFQ优化结构方案。该结构的比分路阻抗为79.5kΩ·m,模式间隔达25.802MHz。与传统的四翼型RFQ比较结果表明:带窗四翼型RFQ具有较低的工作频率范围、良好的电稳定性以及较高的比分路阻抗。     

HIRFL–CSRm Betatron振荡随机冷却

对拟在HIRFL CSRm上建造的横向自由振荡随机冷却进行了数值优化计算和设计,得到了最佳带宽、冷却时间、频谱上束流谱密度分布函数随时间的变化,以及在冷却过程中束流横向位移的分布等值,并且对功率限定情况作了讨论,从而为冷却系统的设计、优化、建造和运行提供了理论依据     

200 MHz质子带窗四翼型射频四极场加速器结构模拟研究

根据束流动力学设计方案,使用电磁场计算软件CST Microwave Studio对带窗四翼型射频四极场（RFQ）结构进行了模拟研究,分析了加速腔结构参数对其物理特性的影响,得到了200 MHz质子带窗四翼型RFQ优化结构方案。该结构的比分路阻抗为79.5 km,模式间隔达25.802 MHz。与传统的四翼型RFQ比较结果表明：带窗四翼型RFQ具有较低的工作频率范围、良好的电稳定性以及较高的比分路阻抗。     

BEPCII横向束流反馈系统的梳状滤波器

 BEPCII是一个多束团、大流强的装置, 由于高频腔的高次模和电阻壁阻抗等因素，不可避免地会出现束流不稳定性。BEPCII中采用束流反馈系统来抑制束流不稳定性。横向束流反馈系统主要包括前端电子学、信号处理电子学、反馈器件和放大器等几个部分。梳状滤波器是信号处理电子学的重要部件，利用两根长短不同的电缆以及一个功分器和合成器构成了一种简单有效的梳状滤波器，其梳状深度达到-41 dB，使用这种梳状滤波器的横向反馈系统成功地抑制了束流中出现的不稳定性。     

一种亚波长偏振分波/合波器的研制

针对传统偏振分束器窄波段、窄角度范围的不足,研制了一种在宽波段宽角度范围内具有180°分光功能的偏振分束器/耦合器。该器件基于线栅偏振器和亚波长光栅结构原理设计,利用半导体工艺的刻蚀技术制作。利用一维金属线栅对入射电磁波的偏振响应和亚波长光栅仅存在零级衍射的特性,实现了较宽的通带宽度与可接受角度范围、极大的分光角度、高消光比和低插入损耗。实验测得透射、反射消光比均大于20 dB,插入损耗小于0.5dB。通过自行搭建的微结构测试平台,测量了p、s光的透射率、反射率随入射角度变化的曲线,和严格耦合波理论模拟结果符合。深入分析了制作中的过刻蚀对性能产生的影响。     

突出电极对四杆型RFQ腔体并联阻抗及场平整性的影响

中国科学院近代物理研究所正在进行等离子体直接注入方案的研究,以便为重离子物理研究提供稳定可靠的高流强束流。由于工作频率较低,用于等离子体直接注入方案的RFQ腔体采用了适合于低频的四杆型结构。在完成束流动力学设计的前提下,研究了RFQ腔体支撑臂的各参数对并联阻抗的影响。由于突出电极之间存在着一定大小的电容,会对腔体的性能产生影响,为使腔体达到最优化的设计,进行了突出电极对并联阻抗及场平整性的影响的研究,并给出了突出电极的取值范围。     

微带传输线束流信号展宽处理设计

对束流信号进行展宽处理是储存环逐束团位置测量RF前端设计的重要工作之一。针对上海光源储存环束流信号的特点，对束流信号展宽进行分析，采用低通滤波器和包络检波联合的方法对信号进行展宽。考虑到实现过程需要对信号进行ps量级的延时，使用微带传输线对该方法进行了具体设计。对微带传输线等效为集总参数LC元件进行推导以进行低通滤波器设计，给出了阻抗匹配方案以实现宽带功率分配器与合成器。仿真和实测结果表明，所设计的电路能够对束流信号进行有效展宽处理。     

微带传输线束流信号展宽处理设计

对束流信号进行展宽处理是储存环逐束团位置测量RF前端设计的重要工作之一。针对上海光源储存环束流信号的特点,对束流信号展宽进行分析,采用低通滤波器和包络检波联合的方法对信号进行展宽。考虑到实现过程需要对信号进行ps量级的延时,使用微带传输线对该方法进行了具体设计。对微带传输线等效为集总参数LC元件进行推导以进行低通滤波器设计,给出了阻抗匹配方案以实现宽带功率分配器与合成器。仿真和实测结果表明,所设计的电路能够对束流信号进行有效展宽处理。     

Impedance measurements of the extraction kicker system for the rapid cycling synchrotron of China Spallation Neutron Source

The fast extraction kicker system is one of the most important accelerator components and the main source of impedance in the Rapid Cycling Synchrotron of the China Spallation Neutron Source. It is necessary to understand the kicker impedance before its installation into the tunnel. Conventional and improved wire methods are employed in the impedance measurement. The experimental results for the kicker impedance are explained by comparison with simulation using CST PARTICLE STUDIO. The simulation and measurement results confirm that the window-frame ferrite geometry and the end plate are the important structures causing coupling impedance. It is proved in the measurements that the mismatching from the power form network to the kicker leads to a serious oscillation sideband of the longitudinal and vertical impedance and the oscillation can be reduced by ferrite absorbing material.