用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

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。     

BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

针对北京正负电子对撞机改造工程（BEPC II）直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状,结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求,设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构,以FPGA作为主控制器,基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下,使用正电子束流,完成电子学系统在线测试,x方向位置测量精度约为38.46 μm,y方向位置测量精度约为26.16 μm,其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块,能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。     

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.     

响应矩阵分析方法在BEPC储存环上的应用

由于储存环中各种元件误差的存在, 机器的实际运行模式与设计模式有一定的偏差. 目前广泛开展的响应矩阵方法研究, 可以分析出磁铁元件以及束流位置测量元件的误差, 使束流基本参数得到校正. 介绍了用响应矩阵分析方法, 在BEPC储存环上进行的局部轨道校正的实验研究, 以及BEPC储存环束流参数校正的模拟研究.     

合肥800MeV电子储存环测量四极铁磁中心的初步研究

对四极铁的直流K调制进行了理论分析和推导,并采用可开关的电阻分流法构成基于束流准直系统.该技术不仅可以测量束流位置检测器(BPM)相对相邻四极铁磁中心的位置,还可以进行储存环的β函数测量.给出了合肥光源基于束流准直系统的一些测量结果.     

BEPC束流极化与极化仪的研究

简要介绍了在北京正负电子对撞机(BEPC)上实现束流极化的必要性与可能性,以及束流极化度测量的原理与方法,还简要描述了利用一条同步辐射管道测量BEPC电子束流极化度的测试系统方案设计以及正在开展的实验工作.     

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储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCⅡ）在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头（BPM）的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列（FPGA）进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

束流位置监测器测量束流四极分量的新方法

束流位置监测器可以用来进行发射度的非拦截测量,且不受束流分布的影响。对从条带BPM电极中引出的信号经过对数比检波模块处理,得出了一种对数比处理方法来提取束流的四极分量,并推导出一种同时利用差比和处理方法和对数比处理方法的混合提取方法来提取四极分量。对这些方法进行了数值模拟计算和比较,结果表明:混合提取方法效果最佳,对数比处理方法优于差比和处理方法。利用提取出的四极分量,通过多次改变四极铁的电流计算出束流的发射度。     

准矩形截面强流相对论带状电子束的传输

提出利用准矩形截面带状电子束传输强电流.相对于目前广泛采用的椭圆形截面带状电子束,在大横纵比,即电子束的宽度(横向)远大于厚度(纵向)的情况下,其厚度沿横向更加均匀,利用冷阴极爆炸发射容易产生.该电子束利于高功率微波发生器中腔体模式的控制和束波作用效率的提高,如果利用模块化的结构还可使阴极及聚焦磁铁在宽度上的扩展更加容易.首先给出了准矩形截面带状电子束空间电荷场的典型分布,然后根据该分布和束匹配的方法对相互独立的周期会切磁铁和边聚焦磁铁分别进行了设计.其中边聚焦磁铁的磁化方向与以往的纵向不同,为横向磁化,其激励的边聚焦磁场在电子束宽边的边缘附近的梯度更大,有利于横向的束匹配.最后根据理论分析的结果进行了粒子模拟.结果表明,300keV,3kA的准矩形截面强流相对论带状电子束可以在0.163T的周期会切磁场和0.064T的横向磁化边聚焦磁场中稳定传输,电流传输效率大于98%.     

Beam based alignment of the SSRF storage ring

There are 140 beam position monitors (BPMs) in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring used for measuring the closed orbit. As the BPM pickup electrodes are assembled directly on the vacuum chamber, it is important to calibrate the electrical center offset of the BPM to an adjacent quadrupole magnetic center. A beam based alignment (BBA) method which varies individual quadrupole magnet strength and observes its effects on the orbit is used to measure the BPM offsets in both the horizontal and vertical planes. It is a completely automated technique with various data processing methods. There are several parameters such as the strength change of the correctors and the quadrupoles which should be chosen carefully in real measurement. After several rounds of BBA measurement and closed orbit correction, these offsets are set to an accuracy better than 10 μm. In this paper we present the method of beam based calibration of BPMs, the experimental results of the SSRF storage ring, and the error analysis.     

合肥光源利用电阻分流法的基于束流准直系统的研制

介绍了合肥光源基于束流准直系统的研制,该系统利用可开关的电阻分流法构成,并采用固态继电器进行四极铁分流控制。利用该系统可以测量束流位置检测器的电中心相对相邻四极铁磁中心的位置偏移。给出了合肥光源基于束流准直系统的一些测量结果。     

Preliminary Study on Measurement of Magnetic Center of Quadrupoles Using Quadrupole Shunt for Hefei Storage Ring

The theoretical analysis of the DC K-modulation of quadrupole for the beam-based alignment method is presented. It is shown that the shift of the orbit,when the focussing strength of one quadrupole magnet is changed,can be described by the perturbed or unperturbed linear lattice parameters. The beam-based alignment system is constructed using DC K-modulation of quadrupole. In order to use the beam-based alignment method one must be able to individually adjust the strength of the quadrupole magnet. So,a switchable shunt resistor is installed on quadrupole to bypass 1%-2.5% magnet current and some solid-state relays are used to switch the shunt resistor in this beam-based alignment system. To improve the measurement accuracy,two methods are used. First method is that beam positions in measured quadrupole magnet are moved by local bump of beam closed orbit using the corrector magnets. Second method is that the root-mean-square of difference in closed orbit is fitted by a parabola function. The system can be not only used to position the beam in the magnetic center of quadrupoles,but also to measure the β function in quadrupole magnets. Some preliminary measurement results are given for Hefei 800MeV electron storage ring. These experimental results show that this system is valid to position the beam to the center of the quadrupole magnets and measure the β function at Hefei Light Source.     

合肥光源利用电阻分流法的基于束流准直系统的研制

 介绍了合肥光源基于束流准直系统的研制,该系统利用可开关的电阻分流法构成,并采用固态继电器进行四极铁分流控制。利用该系统可以测量束流位置检测器的电中心相对相邻四极铁磁中心的位置偏移。给出了合肥光源基于束流准直系统的一些测量结果。     

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。     

合肥光源基于束流准直系统的控制软件设计

束流位置监测器(BPM)和与其相邻的四极铁之间的电偏移对于电子储存环轨道校正十分重 要。改变四极铁的强度,并通过测量轨道变化就能够计算出该四极铁的磁中心相对于相邻的BPM的电中心 之间的偏差。基于NSRL储存环的BBA硬件系统和EPICS控制系统,采用Labview平台开发出了BBA测量 的软件控制程序。由计算机控制四极铁的强度,连续测量后拟合得到四极铁的磁中心与相邻BPM的相对偏 差,测量精度可以达到100μm。     

Analysis and correction of linear optics errors,and operational improvements in the Indus-2 storage ring

Estimation and correction of the optics errors in an operational storage ring is always vital to achieve the design performance. To achieve this task, the most suitable and widely used technique, called linear optics from closed orbit(LOCO) is used in almost all storage ring based synchrotron radiation sources. In this technique, based on the response matrix fit, errors in the quadrupole strengths, beam position monitor(BPM) gains, orbit corrector calibration factors etc. can be obtained. For correction of the optics, suitable changes in the quadrupole strengths can be applied through the driving currents of the quadrupole power supplies to achieve the desired optics. The LOCO code has been used at the Indus-2 storage ring for the first time. The estimation of linear beam optics errors and their correction to minimize the distortion of linear beam dynamical parameters by using the installed number of quadrupole power supplies is discussed. After the optics correction, the performance of the storage ring is improved in terms of better beam injection/accumulation, reduced beam loss during energy ramping, and improvement in beam lifetime. It is also useful in controlling the leakage in the orbit bump required for machine studies or for commissioning of new beamlines.