束内散射效应下HALF储存环物理参数的优化设计

合肥先进光源（HALF）是我国规划建设的软X射线与VUV衍射极限储存环光源（DLSR）。如何有效地实现衍射极限束流发射度,是DLSR物理设计中的核心问题之一。基于束流发射度演化方程,针对HALF预研项目的储存环物理设计方案,计算了束内散射（IBS）效应带来的发射度增长,研究了DLSR中关键参数选择对IBS造成的发射度增长的影响。研究表明,在中低能DLSR物理设计中需要综合考虑储存环的周长、同步辐射阻尼时间等关键参数,以更好地抑制束流发射度的增长。在此研究基础上,通过综合考虑用户需求与储存环物理要求,提出了HALF当前工程项目的储存环物理设计方案。进一步综合应用束团拉伸、全耦合等措施后,更高效地抑制了HALF储存环内IBS造成的束流发射度增长。     

利用直流辅助凸轨设计HLS注入系统研究

合肥同步光源的现有注入凸轨由3块冲击磁铁产生,不同的运行模式具有不同的凸轨.为了改变这种凸轨参数与储存环参数的相互依赖,提出采用集中布局的方案,即在注入长直线节形成注入局部凸轨.由于HLS的注入长直线节很短,需要冲击磁铁为束流提供较大的偏转角度.为此,本文研究了采用辅助直流凸轨的方案,以减小对冲击磁铁强度的要求,并分析该注入系统对储存环动力学孔径的改善.     

合肥先进光源储存环初步物理设计

我国最近立项建设的合肥先进光源将是一台软X射线与真空紫外衍射极限储存环光源,其电子束能量为2.2 GeV,周长为480 m,束流自然发射度为86 pm·rad,共有20个长直线节和20个短直线节。介绍了目前合肥先进光源储存环物理设计的进展情况,包括磁聚焦结构设计与优化,束流注入和集体效应的模拟与计算。     

HEPS在轴注入冲击器系统及快脉冲电源样机研制

高能同步辐射光源(HEPS)是我国计划建造的下一代基于储存环的高亮度光源,束流自然发射度已经接近衍射极限。作为典型的低发射度储存环(LER),HEPS的动力学孔径远小于物理孔径,传统的离轴累积注入已经无法满足要求,只能采用基于strip-line kicker的在轴注入方案。为了实现逐束团操控,HEPS要求注入kicker脉冲电源底宽(3%~3%) < 10 ns,半高宽(50%~50%)>4.5 ns,幅度>±17.5 kV(50 Ω负载),重复频率>50 Hz。高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)工程研制了一台基于DSRD的双极性快脉冲电源性能样机,在50 Ω负载上可以获得上升时间(10%~90%) < 2.6 ns,下降时间(90%~10%) < 3.2 ns,半高宽(50%~50%)>5 ns,底宽(3%~3%) < 10 ns,幅度>±18 kV的脉冲高压,可以满足HEPS注入基准方案——在轴置换注入的要求。     

第四代同步辐射光源物理设计与优化

近十年来,世界上开始大力发展第四代同步辐射光源——衍射极限储存环光源。目前我国正在建设或立项建设两台第四代同步辐射光源:高能同步辐射光源和合肥先进光源。从储存环磁聚焦结构设计与优化、束流注入与集体效应等方面,对第四代同步辐射光源的物理设计与优化进行了介绍;对国际范围内第四代储存环光源装置的研制情况进行了介绍。     

衍射极限储存环物理设计研究进展

总结了国内外在衍射极限储存环(DLSR)物理设计方面的研究进展。为了在合理的周长范围内实现超低束流发射度,DLSR线性束流光学设计普遍采用紧凑型多二极铁消色散结构。在非线性动力学优化中,通常采用相移控制技术、解析和数值优化技术减小由色品六极铁导致的强非线性效应。DLSR束流接受度较小,主要考虑脉冲多极铁偏轴注入和快速冲击磁铁在轴注入两种注入方案。束流集体效应(尤其是束流内部散射和托歇克散射效应)随发射度降低而增强,需要采用束长拉伸、横向反馈等方法提高DLSR中束流的稳定性。     

环形正负电子对撞机注入引出分布参数型冲击磁铁设计

环形正负电子对撞机（CEPC）是一台周长100 km,最高能量为120 GeV的双环对撞机。为了满足不同能量粒子从增强器注入到对撞环,针对W和Z能量模式设计了对撞环离轴注入系统,用于实现束流的累积。为了提高注入效率,兼容不同注入能量,不同束流填充模式,同时尽可能减少注入过程中冲击磁铁对其它束团的扰动,要求对撞环离轴注入冲击磁铁系统是一个上升时间和下降时间小于200 ns,脉冲底宽调节范围为440～2420 ns的梯形波脉冲放电系统。和常见的集中参数型冲击磁铁相比,分布参数型冲击磁铁具有更优越的动态响应特性,适合产生一个前沿更加陡峭、波形更为理想的梯形波脉冲。根据CEPC的束流注入物理需求,完成了一台分布参数型冲击磁铁的物理设计和结构设计,并采用了PSpice和Opera程序进行模拟仿真。设计结果表明：冲击磁铁由26级LC单元结构叠装而成,磁铁总长为1018 mm,磁有效长度为942 mm;在[-20,20] mm磁铁孔径内,磁场强度为0.042 1 T,磁场均匀性优于±0.2%;冲击磁铁系统总上升时间（10%～90%）为193 ns,下降时间（90%～10%）为191 ns。理论分析、...     

利用局部凸轨法产生可调长间隔的SR脉冲

 为了拓展合肥同步辐射光源的用途,满足一些实验需要长时间间隔同步辐射脉冲的要求,研究利用垂直局部凸轨法产生时间间隔可调的同步辐射脉冲。分别对合肥同步辐射光源的3种Lattice参数进行物理计算与数值模拟,并分析了凸轨磁铁的插入对储存环参数的影响。     

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。     

合肥先进光源前端光子吸收器的设计及热分析

合肥先进光源（HALF）将建设成为1台第四代衍射极限储存环光源。HALF的引出光具有更高亮度,能给储存环带来更高的热负载。引光段需设置光子吸收器,以限定引出光的尺寸和吸收其余未使用的同步光,同时减少同步光热负载对储存环超高真空系统的影响。紧凑的衍射极限储存环的物理设计及光子吸收器与真空室连接方式的选择给光子吸收器的设计带来了一系列挑战。在插入式双片型吸收器结构的基础上,综合考虑吸收面形状、水冷结构、安装定位等因素,设计了一种基于CuCrZr材料、与真空室一体、无需单独定位的光子吸收器,并计算其位于弯转角2.74°的弯转磁铁下游光引出段处,被同步光照射的光斑尺寸和辐射功率;采用有限元分析方法对光子吸收器进行热力学模拟,得到辐照后的最高温度约为80 ℃,最大应力为20.8 MPa,最大热变形为0.05 mm。结合制作材料CuCrZr在高热负载下的许用准则,确定了光子吸收器结构的合理性。此研究为合肥先进光源中前端区光子吸收器的设计提供了重要的理论依据。     

升级的合肥光源闭轨测量系统及其应用

 描述了合肥同步辐射光源二期工程中，电子储存环升级的闭轨测量系统及其在设备研制中的应用。介绍了性能稳定可靠的Bergoz束流位置监测电子学信号处理器。升级后的闭轨测量系统中处理电子学电路的束流位置分辨率可达1μm，系统误差小于10μm。整个测试系统的分辨率小于3μm。利用该高精度闭轨测量系统和基于束流准直系统完成了束流准直四极铁磁中心的测量，并和控制系统完成了储存环全环闭轨反馈校正试验。一个完整的束流位置监测系统已投入了在线运行，保障了为用户提供高稳定高品质的光源。     

合肥光源电子储存环束流闭轨的局部校正

在合肥同步辐射装置运行过程中，发生储存环的束流轨道偏移。利用现有设备对束流闭轨的位置进行了多次测量和分析，利用测量数据计算得到校正铁强度与束流位置之间移动的响应矩阵，并利用最小二乘法计算得到三个校正铁凸轨系数，用于束流闭轨的局部凸轨校正，取得了预期的效果。     

利用约束线性最小二乘法实现合肥光源束流闭轨全环校正和反馈

由于存在各种非理想因素,束流在储存环中的闭轨会发生畸变。对束流闭轨畸变进行校正的方法较多,目前合肥光源(HLS)采用奇异值分解(SVD)法进行束流闭轨的全环校正和反馈。针对SVD法不足之处,采用约束线性最小二乘法(CLLS)来改进HLS束流闭轨的全环校正和反馈。介绍了束流闭轨畸变校正的理论,着重介绍应用CLLS对HLS储存环束流闭轨畸变进行全环校正和反馈,并给出运行结果。结果显示,利用CLLS后,HLS敏感实验线站的束流轨道稳定性和重复性得到明显改善。     

低能区衍射限储存环同步辐射的应用浅析

在科学技术新需求的推动下,同步辐射光源持续往前发展。目前,同步辐射装置发展已历经三代,正处于第四代同步辐射光源蓬勃发展阶段。基于衍射极限储存环的同步辐射装置是第四代同步辐射光源的典型代表之一。第四代同步辐射光源主要发展趋势是进一步减小电子束流发射度,使光源具有极好的横向相干性,以及产生圆截面辐射的能力。如果束流发射度降至光学衍射极限“辐射波长/4π”,其亮度比第三代同步辐射光源高2个数量级。这种同步辐射光源在性能上发生的质的飞跃,将给同步辐射实验技术带来实质性的突破,从而给前沿科学技术研究和现代产业发展带来全新的机遇。从国际同步辐射发展趋势入手,首先介绍低能区衍射限储存环光源的特色和性能,然后介绍其带来的同步辐射实验技术的进步,并浅析低能区衍射限储存环光源在材料科学、能源科学、生命科学和环境科学上的应用,以及其带来的产业机遇。最后,总结和展望了低能区衍射限储存环光源带来的技术突破和潜在的应用前景。     

合肥光源电子储存环束流闭轨的局部校正

 在合肥同步辐射装置运行过程中,发生储存环的束流轨道偏移。利用现有设备对束流闭轨的位置进行了多次测量和分析,利用测量数据计算得到校正铁强度与束流位置之间移动的响应矩阵。并利用最小二乘法计算得到三个校正铁的凸轨系数,用于束流闭轨的局部凸轨校正,取得了预期的效果。     

陶瓷真空室镀膜工艺改进及脉冲磁场时间特性测量

 介绍了合肥光源二期工程注入段陶瓷真空室的改进情况,采用新的镀膜技术,大大改善了脉冲磁场的延时特性,减少了储存环注入时的轨道扰动,提高了注入束流累积效速率。改进了原来的点线圈磁场测量方法,采用带有积分电路及抗干扰措施的双线圈测量装置测量了真空室内的脉冲磁场延时特性,使脉冲磁场延时误差测量的分辨率达到ns量级,给出了测量结果。     

合肥电子储存环束流不稳定性的抑制

 合肥光源二期工程改造的电子储存环调试过程中,发现多束团存储和运行时存在耦合束团不稳定性,严重地限制了注入的最高流强,并且影响了光源运行的质量。通过过正地增大正色品以及在储存环上插入八极磁铁,基本上抑制了横向的耦合束团不稳定性,保证了稳定注入束流300 mA的技术指标。     

镀膜陶瓷真空室脉冲磁场穿透特性研究

介绍了合肥电子储存环新凸轨注入系统中将采用的超高真空陶瓷镀钛真空室的研制状况。对穿过真空室镀膜的脉冲磁场特性进行了理论分析与计算。讨论了不同的镀膜厚度及方式对脉冲磁场均匀性的影响,用跟踪程序计算了注入过程磁场径向不均匀性对束流轨道的扰动,给出了涡流引起的磁场径向不均匀性最大允许值。     

镀膜陶瓷真空室脉冲磁场穿透特性研究

 介绍了合肥电子储存环新凸轨注入系统中将采用的超高真空陶瓷镀钛真空室的研制状况。对穿过真空室镀膜的脉冲磁场特性进行了理论分析与计算。讨论了不同的镀膜厚度及方式对脉冲磁场均匀性的影响,用跟踪程序计算了注入过程磁场径向不均匀性对束流轨道的扰动,给出了涡流引起的磁场径向不均匀性最大允许值。     

合肥光源储存环束流软慢加速控制

 合肥光源储存环为非满能量注入,束流以200MeV的能量注入到储存环后慢加速到800MeV。介绍了慢加速的理论依据及储存环主电源控制系统的硬件结构,详细描述了束流软慢加速方法中的慢加速表计算及慢加速过程控制。机器运行结果表明:软慢加速方法控制灵活,慢加速过程运行平稳,束流损失很少,能很好地满足合肥光源机器运行和研究的需要。