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。     

HLS逐束团跟踪监测系统

介绍了合肥光源(HLS)逐束团跟踪监测系统, 并且展示了相关的实验、数据分析 结果. 通过同相的门电路信号和RF的分频信号控制ADC的外触发, 对该测量系统的可靠性、稳定性进行了验证. 并且利用该系统, 跟踪记录了完整的注入, 慢加速, 降频, 校正轨道, 扭摆磁铁充电, 加斜四极铁以及正常供光运行的全过程. 最后展示了该过程的横向工作点(tune值)漂移, 多束团耦合不稳定性的研究结果.     

合肥光源逐束团测量系统研制

 逐束团测量装置属于宽带和实时测量,足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号,设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡,纵向同步相位振荡,束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析,系统参数设计,前端射频检测,锁相环信号合成,高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍,分析了若干调试和实验结果,并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

合肥光源逐束团测量系统研制

逐束团测量装置属于宽带和实时测量,足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号,设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡,纵向同步相位振荡,束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析,系统参数设计,前端射频检测,锁相环信号合成,高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍,分析了若干调试和实验结果,并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5 m,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

对数比电路原理与低频工作点反馈系统

在合肥光源注入系统升级改造后,尝试了几种方法来改进机器注入束流稳定性。研制了用于抑制注入过程残余β振荡的水平和垂直方向的工作点振荡抑制模块,尝试了包括逐圈测量和锁相环原理来激励和稳定束流等方法来跟踪工作点变化。详细分析了基于对数比原理的逐圈测量系统,包括单束团和多束团模式,证明在多束团模式下逐圈测量的可行性和意义,更新了数据采集和可远程控制的软件集成环境。     

基于CT算法的束团横向相空间测量

精确测量束团的发射度和横向相空间, 在高亮度电子束的产生和应用中具有重要意义. 传统测量方法在测量发射度时需要对束团在相空间内分布进行初始假设, 且只能给出相椭圆的twiss参数;基于CT(computerized tomography)算法的束团横向相空间测量方法无需先验假设, 能给出粒子在相空间内的真实分布, 测量结果更为精确. 介绍了基于CT算法的束团横向相空间测量的原理和初步实验结果, 并与四极透镜扫描法测量的结果进行了比较.     

对数比电路原理与低频工作点反馈系统

 在合肥光源注入系统升级改造后，尝试了几种方法来改进机器注入束流稳定性。研制了用于抑制注入过程残余β振荡的水平和垂直方向的工作点振荡抑制模块，尝试了包括逐圈测量和锁相环原理来激励和稳定束流等方法来跟踪工作点变化。详细分析了基于对数比原理的逐圈测量系统，包括单束团和多束团模式，证明在多束团模式下逐圈测量的可行性和意义，更新了数据采集和可远程控制的软件集成环境。     

相干渡越辐射束团纵向分布重建方法

实验上通过相干渡越辐射（CTR）能谱分析法测量束团长度以及进行纵向束团形状重建已成为一种有效的束流诊断手段。通过迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射能谱，通常实验所用探测器只能测量辐射的强度谱的幅值，且由于缺少相位无法直接进行束团形状重建。目前重建算法主要有Kramers-Kronig(K-K)相位分析法和代数迭代重建算法。利用这两种算法分别对高斯分布和带拖尾的高斯分布模型进行验证并进行了对比，其中K-K得出的重建结果存在一定的误差，迭代算法在解决重建反转歧义、重建噪声抑制等表现良好。同时利用这两种算法对兰州高能电子成像平台CTR实验结果进行了重建及分析，得出了对应的重建结果，为后续高能电子束成像平台的束流诊断反馈提供了一种参考手段。     

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.     

小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

Longitudinal Single Bunch Instability Caused by Wake Field of Electron Cloud

The electron cloud accumulated in the vicinity of positron beam generates longitudinal electric field during the passage of bunch. The longitudinal interaction between bunch and electron cloud can lead to the distortion of the bunch shape. We use a simple analytic formula to calculate the longitudinal electric field due to electron cloud. Based on the longitudinal wake field, the macro-particle tracking method is used to simulate the variation of bunch longitudinal profile in different electron cloud densities and the simulation also shows that the synchrotron oscillation tune is slightly shifted by the wake field. By comparing the simulation results and the analytical estimation from potential distortion theory, the longitudinal wake field from electron cloud can be seen as a potential well effect.     

基于对数比电路的HLS turn-by-turn系统

 较详细地介绍了合肥光源逐圈束流位置测量(turn-by-turn)系统设计思想和理论分析。该系统是为了判定二期工程升级后的注入系统的注入效率和Damping率,研究Beta振荡和轨迹瞬时变化以及其他束流动力学问题如工作点变化等的研究而研制。选择了新近受到广泛重视的对数比电路服务束流瞬时位置信号的处理。利用工作在204MHz的对数比电路完成被激励束的turn-by-turn位置测量和相空间检测。给出了该系统各部分性能和理论分析结果，介绍了快速多通道ADC在该系统的数据获取中的应用。     

合肥光源逐束团横向反馈系统

 介绍了在合肥光源研制的一套横向(x, y方向)高频、宽带逐束团测量和反馈系统,以及抑制耦合束团不稳定性的初步实验。其中重点介绍了在该系统研制过程中所涉及的部分关键技术：矢量运算模块的开发使得反馈系统的调试简易方便;Notch滤波器用于滤除反馈信号中的直流分量以及回旋频率分量,节省反馈功率;激励条带的研制。初步的反馈实验结果表明：反馈系统开启后不稳定性振荡得到抑制。     

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。     

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。