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.     

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.     

Libera Brilliance Single Pass束流位置处理器性能测试

在合肥光源(HLS)升级改造中,为了增强注入器的束流位置检测器(BPM)系统的整体性能,采用单次通过数字束流位置处理器(Libera Brilliance Single Pass)构成信号处理系统。首先对Libera Brilliance Single Pass进行了离线的性能测试,然后用它对条带BPM进行实验台标定,最后在合肥光源现有200 MeV直线加速器上进行了在线测试。结果显示其离线分辨力为4~17 m,优于原有对数比处理系统。在线水平和垂直分辨力分别好于26 m和19 m,优于原有系统的58 m和33 m。     

环境温度对合肥光源束流轨道稳定性的影响

 环境温度是影响电子束流轨道稳定性的重要因素之一,国内外大多数加速器实验室为此都建立了较为完备的环境温度监测系统和恒温空调系统。合肥光源(HLS)是第二代光源,全环闭合轨道垂直方向上要求稳定在100 mm以内。为定量研究和分析环境温度对合肥光源的电子束流轨道的影响,建立了环境温度监测系统。着重介绍了环境温度监测系统的组成、辐射干扰问题以及数据分析方法。数据分析结果表明：环境温度与束流位置之间具有较强的相关性,垂直方向环境温度每变化1 ℃,束流位置变化10～20 mm。     

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。     

束流轨道与相关环境参数的同步诊断技术

粒子加速器由于受地基振动、环境温度、热效应等因素的影响,导致束流位置探头(BPM)所在真空盒的机械中心相对四极铁磁中心的漂移较大,因此很难提高束流轨道的绝对测量精度。探索利用电容式探头实时检测该漂移量的方法。首先分析了电容式探头的测量原理,并设计了轨道振动同步诊断方案,然后设计了专用探头,并利用数据采集设备对探头的线性度、精度和频率响应进行实验室测试。结果显示电容式探头能检测到2μm的相对位移,且可有效检测300Hz以下的振动频率,可用于束流轨道与相关环境参数的同步诊断。     

束流逐圈位置测量在BEPC储存环上的初步应用

介绍了利用合肥同步辐射光源(HLS)的逐束团位置测量系统在北京正负电子对撞机(BEPC)上进行的逐圈位置测量实验. 在不同条件下对束流进行逐圈位置测量, 得到束流的相运动图像并观测了阻尼效应. 利用基频数值分析(NAFF)方法对逐圈位置数据分析得到高精度的束流频谱, 可以由此研究各种效应引起的工作点漂移. 实验中观测到特定工作点下由色品校正六极子引起的束流共振现象, 并对此作了合理解释.     

合肥光源逐圈测量系统试验结果及其在注入调试中的应用

 介绍了合肥光源(HLS)逐圈束流位置测量系统在升级后的注入系统联调中的作用。该逐圈测量系统信号处理器采用对数比电路，数据获取采用NI5102 ADC。为了保证长达2s数据获取，采样数据通过突发的DMA方式实时写入工控机的系统内存。注入Kicker用作为激励束流，以便监测衰减率和研究β振荡。     

电子储存环中离子俘获不稳定性的强-强模型模拟

 电子储存环中,由于被束流势阱俘获的离子会引起束流不稳定性。研究这种不稳定性的产生机制和抑制方法对提高机器的性能有重要理论和现实意义。介绍了用强-强模型对合肥光源（HLS）电子储存环中离子俘获不稳定性产生机制进行的模拟研究。模拟结果可用于理解在合肥光源（HLS）储存环上观察到的离子俘获现象。     

HLS二期工程储存环调试中一些问题的物理分析

介绍了合肥光源(HLS)二期工程储存环调试过程中遇到的一些现象, 并对这些现象进行了初步定量或定性的分析. 在现有硬件条件的基础上, 采取了一些相应的措施, 取得了一定的效果, HLS通用模式储存束流超过300mA, 寿命好于8h, 达到了设计要求.     

一种非正交对称条带束流位置监测器设计

介绍了一种条带束流位置监测器(BPM)的设计与仿真方法。在国家同步辐射实验室"太赫兹近场高通量材料物性测试系统"工程项目中,针对波荡器出口处真空室非正交对称性的问题,设计了矩形真空室和跑道形真空室下的两种非正交对称性条带BPM,并与传统的圆形真空室下条带BPM进行对比。基于边界元法,利用MATLAB软件分别对三种真空室下的条带BPM进行建模和仿真。仿真结果表明:相对于传统的圆形真空室下条带BPM,矩形和跑道形真空室下条带BPM灵敏度提高了30%,阻抗匹配误差相对降低了20%,束流位置拟合误差降低了80%。考虑加工精度,矩形真空室下的条带BPM更适用于该工程。     

束流位置监测系统的研制及其在国家同步辐射实验室二期工程中的应用

 介绍一种储存环束流位置监测系统的标定装置。这套标定装置是为NSRL二期工程储存环注入段真空盒改造而研制的。系统的标定精度达±0.01mm。该装置已用于新增注入段真空管的束流位置探测器的定标，获得了探头定标值，并根据其拟合和计算结果对注入段真空管进行了筛选，被选中的真空管已装入储存环注入段。     

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.     

改进后的BEPC储存环束流位置测量系统

介绍改进后的北京正负电子对撞机束流位置测量系统的软硬件结构和系统的性能.改进后系统的位置测量重复性优于10μm,测量一次闭轨的时间为11s,系统的动态范围大于81dB,最小可测束流强度低于0.5mA,测量结果的可信度是通过自洽检测来保证的.     

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。     

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。     

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.     

Dynamic performance of the beam position monitor support at the SSRF

Electron beam stability is very important for third‐generation light sources, especially for the Shanghai Synchrotron Radiation Facility whose ground vibrations are much larger than those for other light sources. Beam position monitors (BPMs), used to monitor the position of the electron beam, require a greater stability than other mechanical structures. This paper concentrates on an investigation of the dynamic performance of the BPM support prototype. Modal and response analyses have been carried out by finite‐element (FE) calculations and vibration measurements. Inconsistent results between calculation and measurement have motivated a change in the soft connections between the support and the ground from a ground bolt in the initial design to full grout. As a result the mechanical stability of the BPM support is greatly improved, showing an increase in the first eigenfrequency from 20.2 Hz to 50.2 Hz and a decrease in the ratio of the root‐mean‐square displacement (4–50 Hz) between the ground and the top of the support from 4.36 to 1.23 in the lateral direction. An example is given to show how FE analysis can guide the mechanical design and dynamic measurements (i.e. it is not just used as a verification method). Similar ideas can be applied to improve the stability of other mechanical structures.