纵向逐束团束流反馈冲击器模型腔的研制

纵向束流反馈系统是近年来国际上迅速发展并广泛应用的抑制储存环纵向耦合束团不稳定性的方法,冲击器是其中的关键部件之一.结合BEPCⅡ设计参数,研制了纵向束流反馈冲击器模型腔,并且利用同轴线法测量了该模型腔的阻抗和带宽,满足设计要求.该模型腔设计采用脊波导加载带鼻锥的pillbox腔体的方案,束流管道设计为BEPCⅡ标准跑道形.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

BEPC储存环束流振荡频率测量

在加速器的运行和机器研究过程中,需要经常对束流振荡频率进行测量.BEPC储存环束流振荡频率测量系统包括一台频谱仪,两个条形电极装置,两个电压放大器和一个束流振荡检测器.本文介绍了经过改进的BEPC储存环束流振荡频率测量系统.     

合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz，因此，系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性，而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等，从而将提高机器的运行性能。     

上海光源数字化低电平控制系统的硬件设计与实现

 设计了上海光源高频低电平控制系统,它是以数字化技术为基础,采用上下变频和IQ调制解调技术,实现幅度、频率和相位的反馈控制。上海光源储存环的束流设计流强为300 mA,为了抑制由此带来的Robinson不稳定性和纵向零模束流振荡,加入了高频直接反馈和零模束流反馈环路。从上下变频技术、IQ调制解调技术、时钟分配及锁相技术等方面对上海光源数字化低电平系统的硬件设计及其实现进行了阐述,给出了该系统试验、高功率下运行的测试结果,实现了设计要求的幅度控制精度±1%、频率控制精度 ±10 Hz和相位控制精度± 1°的技术指标。     

模拟低频反馈系统的初步尝试

 为了提高注入束流的积累，抑制由于注入系统误差引起较大的β残余振荡是非常有必要的。较系统地介绍了利用合肥光源逐圈测量（turn by turn）系统［１］，研究束流不稳定性，并给出了抑制注入β振荡的反馈系统设计原理和线路及初步实验结果。作为原理论证和预研，使用了一个相对简单的模拟滤波移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈，得到了明显的对damping时间和振荡幅度的抑制作用，为以后低频和高频逐束团（bunch by bunch） 反馈系统研制和抑制束流的横向和纵向不稳定性的研究打下了良好的基础。     

BEPCII横向束流反馈系统前端电子学

 选择了一台商业化的前端电子学RFTF（radio frequency front-end for transverse feedback system）用于BEPCII横向束流反馈系统, 这是跟进世界先进加速器技术的具体实施。在BEPC同步运行模式下对RFTF的性能进行了测试实验，结果表明使用RFTF可以得到理想的波形，能够满足BEPCII横向反馈系统的需要，但是，当储存环出现不稳性时，系统无法正常工作，这就要求BEPCII纵向不稳定很小或者用纵向反馈系统来抑制存在的纵向不稳定。     

BEPC横向阻尼时间的测量

 利用逐束团测量系统在BEPC储存环中跟踪单个束团得到其多圈位置振荡信息，获得BEPC储存环的横向阻尼时间与束流流强、色品、八极子和束流能量的关系，并通过分析得到了BEPC储存环辐射阻尼时间为52 ms。实验结果表明：流强越高、色品越大，阻尼率也就越大；束流流强为4.7 mA时八极子强度的变化对阻尼率没有影响；束流流强为5 mA时，阻尼率随束流能量升高而减小。     

BEPCII横向束流反馈系统前端电子学

选择了一台商业化的前端电子学RFTF（radio frequency front-end for transverse feedback system）用于BEPCII横向束流反馈系统, 这是跟进世界先进加速器技术的具体实施。在BEPC同步运行模式下对RFTF的性能进行了测试实验，结果表明使用RFTF可以得到理想的波形，能够满足BEPCII横向反馈系统的需要，但是，当储存环出现不稳性时，系统无法正常工作，这就要求BEPCII纵向不稳定很小或者用纵向反馈系统来抑制存在的纵向不稳定。     

BEPCⅡ直线注入器的尾场效应

BEPCⅡ直线注入器中的强流、短束团的尾场效应将损害束流的性能．用分析解和数值模拟计算的方法，系统地研究了尾场对纵向和径向束流动力学的影响，包括单束团的短程尾场和多束团的长程尾场对束流能量、能散、发射度、轨道和初级电子束在正电子产生靶上束斑尺寸的影响等．研究了有效抑制这些尾场效应的措施．     

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.     

合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断

为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源（HLS-II）上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分（Temporal Difference, TD）法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。     

BEPCⅡ-Linac束流光学和轨道校正的优化研究

为实现BEPCⅡ的总体要求,对直线注入器的强流电子束和正电子束进行了系统的束流光学模拟和优化研究.提出了束流光学的自动校正环路.系统地研究了束流初始偏轴和加速器部件的安装误差对束流归一化发射度和轨道偏移的影响.提出了采用“一对一”的束流轨道校正机制,以有效抑制这些影响,确保直线注入器的束流性能.     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004-2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔,逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题,实现了与国际先进技术接轨,并按期保质完成了工程、调束任务.高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置;2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功;2006年11月完成系统联调,按期投入BEPCⅡ首轮调束;同年12月首次投入同步辐射运行;2007年2至5月,东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞;在同步辐射运行中,逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kw,接近国外同类机器水平;束流试验证明两套高频系统的各类参数标定和测量值与理论设计吻合.10个月运行表明系统可靠.本文对BEPCⅡ高频系统的束流联调和高功率试验做简要描述.     

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。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统样机在BEPC上的实验

为了抑制BEPCⅡ产生的耦合束团不稳定性, 提高储存环中的流强, 研制了一套逐束团横向束流反馈系统的样机并在BEPC上做了实验, 得到了理想的结果. 当束团不稳定时, 频谱仪上可以观察到横向边带, 此时将反馈系统闭环工作于阻尼状态时, 横向边带立即消失. 本文介绍了样机系统的组成、各部分的功能和实验结果.     

BEPCⅡ BPM模拟研究

基于减少光电子的要求,BEPCⅡ真空管道采用antechamber结构,TE模截止频率可能低于BPM信号处理频率500MHz.本文主要模拟研究TE10模对位置测量的影响,发现TE10模截止频率低于500MHz时,将带来束流位置测量误差10.1μm;改变狭缝长度,在TE10模截止频率高于500MHz时,测量误差将在可以接受的范围内.同时,模拟研究了BPM尾场对束流的影响,计算了相应尾场阻抗     

BEPCⅡ控制系统

北京正负电子对撞机重大改造工程BEPCⅡ于2001年启动. BEPCⅡ采用双环交叉角对撞方案,使用微包络函数(micro-β)和多束团对撞以提高亮度. 先进的低温超导技术将用于对撞机的设计中. BEPCⅡ控制系统采用分布式体系结构和系统集成工具EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)进行开发. 控制系统的设计采用了国际先进技术. 目前系统正在建造之中, 主要系统完成了软硬件开发和实验室调试, 于2006年3月进入现场安装.预计BEPCⅡ储存环2006年10月可以开始带束流调试. 本文将介绍BEPCⅡ控制系统及其进展.     

多粒子模拟方法分析北京正负电子对撞机储存环束团长度拉伸效应

采用多粒子模拟方法,分析了北京正负电子对撞机(BEPC)储存环纵向不稳定性,给出了BEPC储存环束团长度与单束流强的关系,得出了阈值流强.模拟结果与BEPC95年4月实测结果符合较好.