上海光源储存环工作点测量系统

报道了工作点测量技术的研究现状,对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行优化,对系统测量误差及分辨力进行测试评估,讨论了测量系统不同工作模式的优缺点,并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统,其系统测量误差小于0.000 1,测量分辨力好于0.000 05,测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在μm量级,现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。     

上海光源HLS系统技术方案

地基不均匀沉降会引起加速器磁铁等关键部件的位置变化,这些变化对加速器运行的影响越来越受到国内外各实验室的重视.在建的上海三代同步辐射光源地处地质条件复杂的上海浦东,有必要建立对加速器所在的地基和关键部件的不均匀沉降的监测系统.静力水准系统(Hydrostatic Levelling System,HLS)主要用于实时监测地基以及支撑在垂直方向(高程)的位置变化.本文讨论了上海光源中静力水准系统的设计方案,主要参数,以及理论计算等.通过讨论可以更全面了解在加速器中建立静力水准系统的重要性和必要性.     

上海光源HLS系统技术方案

地基不均匀沉降会引起加速器磁铁等关键部件的位置变化, 这些变化对加速器运行的影响越来越受到国内外各实验室的重视. 在建的上海三代同步辐射光源地处地质条件复杂的上海浦东, 有必要建立对加速器所在的地基和关键部件的不均匀沉降的监测系统. 静力水准系统(Hydrostatic Levelling System, HLS)主要用于实时监测地基以及支撑在垂直方向(高程)的位置变化. 本文讨论了上海光源中静力水准系统的设计方案, 主要参数, 以及理论计算等. 通过讨论可以更全面了解在加速器中建立静力水准系统的重要性和必要性.     

合肥光源储存环温度监测系统

温度是影响电子束轨道稳定的重要因素之一,大多数加速器都需要为其建立完备的冷却恒温系统及相应的监测系统.描述了合肥光源基于EPICS(Experimental Physics and Industrial ControlSystem)分布式控制系统开发的温度监测系统的硬件结构、软件设计、测试结果及其历史数据库.经实际运行表明,该系统能很好满足与温度相关的机器研究和运行的需要.     

上海光源工作点在线监测系统

上海光源储存环运行在恒流注入(top-up)模式下每10min注入一次,注入引起的β振荡为测量工作点提供了有利条件。通过数字束流位置处理器采集储存环注入时的逐圈数据,对数据进行快速傅里叶变换计算获得工作点,以此搭建了刷新间隔为10min的工作点在线监测系统。2014年上半年的运行结果表明,该系统能够有效检测工作点变化并评估加速器工作点可达到的最优性能。利用该系统能够及时发现加速器运行异常,并结合各设备运行状态可有效定位异常原因。     

基于嵌入式EPICS的合肥光源储存环束流损失监测系统

针对合肥光源储存环恒流运行(Top-off)改造等性能提升的需要,研制了新型的基于嵌入式EPICS架构的储存环束流损失监测(BLM)系统,用于监测储存环中束流损失发生的位置和大小。新BLM处理器获取储存环各处双PIN型光电二极管传感器所采集的簇射电子的信号,分析处理后通过各个处理器内部的嵌入式系统所运行的EPICS程序将数据实时发布到加速器控制网络,使中控室能够实时获取束损的数据。新BLM系统能够实时对双PIN型传感器进行自检操作,排查故障隐患,提高了系统运行的效率和可靠性,经过试运行表明,新BLM系统可完全满足合肥光源恒流的运行需要。     

我国粒子加速器的现状和发展

文章对我国主要的粒子加速器－－北京正负电子对撞机（ＢＥＰＣ）、兰州重离子加速器（ＨＩＲＦＬ）、合肥国家同步辐射装置（ＮＳＲＬ）３台机器以及 第三代光源－－上海同步辐射装置项目的现状进行了简要介绍,另外,对应用低能加速器也作了扼要问题。     

基于Channel Archiver的加速器数据采集系统

 采用Channel Archiver从加速器控制系统底层输入输出控制器获取和存储数据, 通过开发WEB人机界面和软件接口及客户端向计算机用户提供数据在线或离线的智能检索。该系统操作灵活,信息检索方便,目前已经对合肥光源做了长时间的稳定采集、存档和检索。可以帮助研究人员快捷高效地获得过程运行数据,很好地满足了对合肥光源机器运行和机器研究的需要。     

地磁暴条件下电网连锁故障风险评估

地磁扰动会在高压电网中诱发产生地磁感应电流(GIC), 使得电力变压器等发生相继故障, 从而导致电力系统崩溃或者引起大停电事故, 研究地磁暴条件下电网连锁故障风险评估能够为预防其引起的电网事故提供重要参考。对地磁暴条件下电网连锁故障的机理进行了分析, 提出了地磁暴条件下电网连锁故障风险评估流程, 该流程可以识别各个地磁暴条件下电网的薄弱环节; 利用系统的负荷削减量来评估连锁故障各个阶段对系统的危害, 同时利用给定地磁暴条件下该薄弱环节导致电力系统崩溃所削减的临界负荷量来评估其对电力系统的危害。利用IEEE-RTS79系统对于所提出的流程进行验证, 验证结果表明所提出流程的可行性和有效性, 所得结果可以为量化和防范地磁暴电网风险提供参考。     

加速器故障分析软件及其在CSNS应用

对加速器运行过程中出现的故障进行准确分析，可有效提升加速器的可靠性及运行效率。而对于一些快速故障过程，必须依赖故障发生时刻存储的高度时间相关和高分辨率的数据，才能进行准确分析。设计了一种用于加速器的故障分析软件，可用于对快速故障进行可靠分析。在中国散裂中子源加速器中进行了应用，该系统非常准确地分析了此前无法定位的大部分束流丢失过程。该故障分析具有一定的通用性，可应用到其它加速器装置。     

基于悬浮拓扑的加速器脉冲电源设计

随着加速器技术的发展,重离子加速器脉冲电源工作频率逐步提高,电流上升速率逐步提升。脉冲电源磁铁负载具有阻感特性,其在电流波形上升段将吸收大量的无功,会对电网产生周期性强冲击;同时,快电流上升速率下的高精度要求,对电源设计提出了新的挑战。论文设计了一种基于电容储能的悬浮型H桥级联拓扑,利用电源自身储能电容和负载电感进行无功交互,实现了无功能量的内部循环,以减小对其对电网冲击;同时采用H桥级联多电平结合移相倍频控制,以保证电源快动态响应下的高精度需求。样机实验结果验证了电源拓扑和控制原理的可行性,为加速器快电流上升速率脉冲电源提供了一种新的解决方案。     

Physics design of SSRF synchrotron radiation security

High brightness of SSRF brings about synchrotron radiation security problems, which will be solved in physics design. The main radiations are generated from bending magnets and insertion devices. Since the fact that radiation power and radiating area are different in these two kinds of synchrotron radiation, the arrangements of photon absorbers, diaphragms and other vacuum components need to be treated distinctively. In addition, SSRF interlock protection threshold is defined and the beam orbit in the straight line is limited. Hence, beam orbit in the bending magnets and IDs are also restricted by the threshold. The orbit restriction is calculated and helps us to arrange the vacuum components. In this paper, beam orbit distortion restricted by interlock protection threshold, radiation power, radiation angle and illuminating area are calculated. From the calculation results, the physics designs in manufacture and installation vacuum components are put forward. By commissioning, it is shown that physics requirements are met rigidly in the engineering process.     

CiADS超导直线加速器超导腔失效的分段补偿与冗余设计

加速器驱动次临界装置（ADS）对加速器运行稳定性和失束指标提出了前所未有的要求。对于超导直线加速器的研究发现,超导腔失效是失束的一个较大的来源,故针对超导腔的失效情况,本文提出分段补偿新方法,以提高高功率超导直线加速器的运行稳定性。提出的分段补偿方法与已有的全局补偿和局部补偿的方法相比,在保证加速器出口束流品质与无束损束流传输的同时,分段补偿束流能量,优化了参与能量补偿的超导腔数量,降低超导腔的备份功率源需求。论文最后针对CiADS的超导直线加速器的物理设计,做了分段补偿的多粒子模拟。结果表明,采用了分段补偿方法实现超导腔失效补偿的前提下,参与补偿过程中改变腔压的超导腔数量比例为48%,对功率源总的功率备份冗余需求小于20%。The accelerator driven subcritical system (ADS) has put forward unprecedented demands on the stability and beam trip of the accelerator operation. Depending on analysis, failure of the superconducting cavities is a major cause for beam trip of the superconducting cavity. Therefore, a new method of piecewise compensation is proposed to improve the stability of high power superconductivity linac. The piecewise compensation scheme proposed in this paper is compared with the existing global compensation and local compensation technology. While guaranteeing the beam quality of the accelerator and without beam loss transmission, the piecewise compensation method can optimize the number of superconducting cavities involved in energy compensation and reduce the demand for the backup redundancy of power sources of the superconducting cavities. At the end of the paper, the multi-particle simulation of piecewise compensation aims at the physical design of CiADS superconducting linac. The result shows that 48% of superconducting cavities modify the cavity's Epeak during the compensation process and the demanded redundancy of total power sources is less than 20% under the premise of successful compensation for the failure of superconducting cavities through the piecewise compensation method.     

电力故障运行下磁偏置超导限流器超导限流单元的电-热特性分析与验证

本文的磁偏置高温超导故障限流器(SFCL)是一种新型超导限流器,在系统出现短路故障时,发生失超现象,产生高阻抗限制短路电流,达到一定时间后断开超导单元,再由双分裂电抗器二次限流.当短路电流消失后,自动快速恢复到无阻特性,然后重新合闸投入系统运行.在SFCL并网运行前,要对并网运行中出现相间短路等故障的暂态运行特性进行分析,了解并网运行时的状况.本文利用Matlab/Simulink构建了SFCL的仿真分析模型,包含超导限流单元的等效电路模型和热模型.该模型被接入一个由Matlab/Simulink构建的10kV电力系统模型中,用来仿真SFCL的并网运行特性.仿真结果表明了SFCL在并网运行中的效果,以及相间短路故障下失超电阻、通过电流和超导限流单元温度的变化.同时,在中国国网辽宁电力虎石台对SFCL进行了并网运行试验,得到了相间短路故障下的暂态运行特性和失超恢复时间.本文的仿真分析和试验结果,证明了该SFCL样机具备10kV 并网能力,以及快速响应、逐级限流和快速恢复能力     

Z箍缩内爆等离子体双层丝阵负载设计的物理分析

实验证实双层金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体产生的X光辐射源,与单层丝阵负载相比可以提高40%的功率。为了优化Z装置上双层丝阵负载实验方案的设计,从内爆动力学过程和Rayle igh-Taylor(RT)不稳定性发展过程进行了理论分析。分析表明:双层丝阵负载实验不会提高X光辐射的总能量,但可以明显地提高辐射功率;双层丝阵的外半径应与单层丝阵负载优化方案的半径相一致;双层丝阵内、外层质量的选取应以优化的单层丝阵内爆到心时间为标准;内层丝阵置于外层丝阵半径的正中位置上,更有利于抑制RT不稳定性。     

Sustained kilowatt lasing in a free-electron laser with same-cell energy recovery

Jefferson Laboratory's kW-level infrared free-electron laser utilizes a superconducting accelerator that recovers about 75% of the electron-beam power. In achieving first lasing, the accelerator operated "straight ahead" to deliver 38-MeV, 1.1-mA cw current for lasing near 5 &mgr;m. The waste beam was sent directly to a dump while producing stable operation at up to 311 W. Utilizing the recirculation loop to send the electron beam back to the linac for energy recovery, the machine has now recovered cw average currents up to 5 mA, and has lased cw with up to 1720 W output at 3.1 &mgr;m.     

基于临界电子密度的多载波微放电全局阈值分析

多载波微放电即发生在宽带、大功率真空无源微波部件中的二次电子倍增放电现象, 是影响空间和加速器应用中无源微波部件长期可靠性的主要隐患. 多载波微放电全局阈值功率的预测对于工作在真空环境中的微波部件至关重要, 但迄今尚无有效方法进行上述阈值的准确分析. 本文将微放电发生过程中二次电子分布区域等效为等离子体, 通过在理论上建立微波部件的电磁特性和电子密度间的对应关系, 提出了一种基于测试系统可检测水平的多载波微放电全局阈值功率分析方法. 为了能够通过蒙特卡罗优化方法得到全局阈值, 进一步基于电子加速的类半正弦等效, 提出了微放电演化过程中电子数涨落的快速计算方法. 基于以上两种方法得到的针对实际微波部件的全局阈值分析结果与实验结果相符合. 不同于传统基于多载波信号功率分析的经验方法, 本文基于临界电子密度判断依据和电子数涨落快速计算, 为多载波微放电全局阈值的准确预测提供了一种高效的分析方法.     

基于转辙机牵引力和PSO-SVM的道岔故障诊断研究

随着高速铁路的快速发展,道岔故障频发,成为一直是急需解决的重大安全问题。首先从道岔的运行原理出发,研究了转辙机拉力对道岔的影响;然后进行了转辙机的电动机的功率和电流参数的比较,结果表明,转辙机拉力更能直观反映道岔的运行情况;最后提出了用转辙机拉力参数实现基于粒子群算法优化支持向量机(PSO-SVM)的道岔故障诊断算法。经过对实际数据的处理,表明此种诊断方法对道岔的故障有较好的分辨能力。     

上海光源500MHz超导腔水平测试

上海光源是能量为3.5 GeV的第三代先进中能同步辐射光源,其储存环上安装了三台超导高频腔补偿电子因同步辐射等原因丢失的能量。为保障上海光源的长期稳定高效运行,中国科学院上海应用物理研究所和上海市低温超导高频腔技术重点实验室共同研制了具备低高次模损失参数和可承受更高入射功率的新型500 MHz超导腔,作为上海光源在线运行超导高频腔的备用腔。超导铌腔经低温垂直测试达到所需加速性能后,需要与高功率输入耦合器、高次模吸收器、低温恒温器等集成并完成水平测试,获得超导腔模组的加速性能、低温性能和真空性能。介绍了超导腔备用腔的研制、集成和测试过程,采用文丘里(Venturi)校准法获得模组的静态功耗反应模组的低温性能,并通过高功率测试获得了超导腔备用腔模组的加速性能。测试结果表明:自主研制的500 MHz超导腔备用腔满足上海光源的工作需求,在超导腔的加速腔压为2.0 MV时,无载品质因数为1.2×109 @4.2 K,且低温模组的静态热损耗为36.1 W。