基于逐圈位置频谱的束流不稳定性

 利用上海光源储存环中受激电子束团位置信号频谱数据,确定了束团在加速器中运行的工作点及品质因数,获得了储存环垂直方向阻抗和横向阻尼率,分析了不稳定性产生的原因。阐述了加速器中受激束团的运动特点,以RLC振荡电路为基础,对束团运动进行简单的建模,利用模型中频率响应函数对频谱中的脉冲波形进行拟合,得到了用于表示运动阻尼及频率分散程度的品质因数。实验结果表明：利用该方法拟合得到的数据与原数据的相关性可达98%以上,所拟合波形与原波形整体相似度高。对不同流强下的数据进行了研究,随着流强的逐渐增加,工作点和品质因数同步减小,不稳定性加剧,流强达到阈值后,频谱中单峰分裂为双峰,束流品质降低。     

用于太赫兹光源的准等时性储存环的设计

介绍了一种获得准等时性储存环的方案,即调节Lattice参数,在色散段引入负色散函数从而降低线性滑相因子,获得短束团。根据此方案设计了用于相干太赫兹光源的准等时性储存环,结果给出了线形光学函数曲线以及粒子的动力学孔径,表明了通过调节四极铁参数可以达到降低束团长度获得准等时性储存环的目的。还设计了用于准等时性储存环弯铁处的真空室的3维模型,并对其类腔体部分的本征模进行了计算,得到特性阻抗与品质因数的比值在10-3量级以下,表明类腔体部分对束流的影响很小。     

束流负载与束团相位补偿

分析研究了电子储存环上的势阱扰动,分析解给出了各束团同步相移、频移随高次模参数变化的规律.该研究结果可帮助我们优化高频腔的工作模式(通过调节调谐杆的位置来改变高次模的频率)和环上束团的分布,以减小束流负载效应,还可帮助我们利用谐波腔来补偿束团相位的变化.     

数字束流位置信号处理算法优化

在已有束流位置信号下变频算法的设计与实现的基础上,优化了算法时序,设计实现了数字自动增益控制、慢应用信号处理等模块功能,能获得逐圈、快应用及闭轨数据。上海光源储存环上的束流测试结果显示,处理器可正确获取包含束流真实运动的多速率位置数据。在174 mA储存环流强、500个束团的填充模式时,逐圈位置数据分辨力达到0.84 m,快应用位置数据分辨力达到0.44 m,闭轨位置数据分辨力达到0.23 m,性能满足设计要求。     

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。     

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。     

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中电子云不稳定性模拟研究

正电子储存环在多束团运行时有可能发生电子云不稳定性(ECI)?.本文针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的具体条件,编写发展了模拟计算程序,以不同电子云密度抑制措施下的计算结果为基础,研究了耦合束团不稳定性和单束团不稳定性,给出了电子云不稳定性增长率和阈值密度以及色品对束团尺寸增长的抑制作用,为储存环中电子云不稳定性的前沿科学研究和BEPCⅡ工程设计提供了有意义的结果.     

多束团不稳定性的模拟研究

利用模拟的方法研究了多束团不稳定性.SCBI程序(SIMULATION OF COUPLED-BUNCH INSTABILITIES)是一个用来模拟研究储存环上高频腔、真空盒内壁及其它腔形结构元件的长程尾场和中程尾场激发的多束团不稳定性的综合程序.在束团均匀分布情形下,比较了SCBI程序与ZAP程序的结果,两者非常一致.同时,利用SCBI程序对北京正负电子对撞机(BEPC)多束团改进方案(BEPCⅡ)的多束团不稳定性进行了详细的研究.     

合肥光源储存环束流截面测量系统改造和软件升级

 存储环束流截面及发射度是同步辐射加速器重要的基本参数。从束流截面大小的变化和束斑位置的移动规律，可以进行环上的束流不稳定性的研究。介绍了合肥光源，储存环束流截面测量系统局部改造和它的软件升级并且着重介绍西欧核子中心(CERN)的软件框架ROOT在数据处理和显示方面的应用。     

Analysis and correction of linear optics errors,and operational improvements in the Indus-2 storage ring

Estimation and correction of the optics errors in an operational storage ring is always vital to achieve the design performance. To achieve this task, the most suitable and widely used technique, called linear optics from closed orbit(LOCO) is used in almost all storage ring based synchrotron radiation sources. In this technique, based on the response matrix fit, errors in the quadrupole strengths, beam position monitor(BPM) gains, orbit corrector calibration factors etc. can be obtained. For correction of the optics, suitable changes in the quadrupole strengths can be applied through the driving currents of the quadrupole power supplies to achieve the desired optics. The LOCO code has been used at the Indus-2 storage ring for the first time. The estimation of linear beam optics errors and their correction to minimize the distortion of linear beam dynamical parameters by using the installed number of quadrupole power supplies is discussed. After the optics correction, the performance of the storage ring is improved in terms of better beam injection/accumulation, reduced beam loss during energy ramping, and improvement in beam lifetime. It is also useful in controlling the leakage in the orbit bump required for machine studies or for commissioning of new beamlines.     

Anomalous hollow electron beams in a storage ring

This Letter reports the first observations of an anomalous hollow electron beam in the Duke storage ring. Created by exciting the single-bunch beam in a lattice with a negative chromaticity, the hollow beam consists of a solid core inside and a large ring outside. We report the detailed measurements of the hollow beam phenomenon, including its distinct image pattern, spectrum signature, and its evolution with time. By capturing the postinstability bursting beam, the hollow beam is a unique model system for studying the transverse instabilities, in particular, the interplay of the wakefield and the lattice nonlinearity. In addition, the hollow beam can be used as a powerful tool to study the linear and nonlinear particle dynamics in the storage ring.     

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。     

多脉冲强流电子束在线测试数据处理

在多脉冲强流直线感应加速器(LIA)的测控和诊断系统中,电子束的在线测试数据处理是重要的组成部分。多脉冲强流电子束在线测试数据处理系统是集测试仪器、计算机和工作站等组成的工业以太网,以及实现测试网络配置、测试仪器的通信及控制、数据采集、束流强度和束质心位置计算、显示以及存储等功能为一体的专用软件。多脉冲强流电子束采用基于电阻环束流位置检测器(BPM)的束流测试线路,根据束线上每个BPM测试得到的四个象限点的原始电压信号波形,以及测试线路的结构参数,计算束线上每个PBM位置的束流强度以及束质心位置随时间变化的波形,根据随时间变化的波形数据计算每个BPM位置多个脉冲束流的强度以及束质心位置的统计数据。数据的存储采用SQL和文件系统相结合的方式。这套多脉冲强流电子束在线数据处理系统在多脉冲强流LIA的调试实验中稳定可靠运行,为实验提供有效可靠的数据。     

Preliminary application of turn-by-turn data analysis to the SSRF storage ring

There is growing interest in utilizing the beam position monitor turn-by-turn (TBT) data to debug accelerators. TBT data can be used to determine the linear optics, coupled optics and nonlinear behaviors of the storage ring lattice. This is not only a useful complement to other methods of determining the linear optics such as LOCO, but also provides a possibility to uncover more hidden phenomena. In this paper, a preliminary application of a β function measurement to the SSRF storage ring is presented.     

BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

Simulation and analysis of the transverse spectrum in HIRFL-CSR

Particles in a storage ring oscillate in the longitudinal and transverse dimensions. Therefore, the signal that beam has generated can be analyzed in the frequency domain to extract many beam parameters, such as tune, momentum spread, emittance and their evolution with time and so on. In this paper, the transverse spectrum in HIRFL-CSR was simulated and analyzed under different conditions, including electron cooling, hollow electron beam, solenoid effect, the tune shift caused by power supply ripple and the misalignment between ion and electron beams. The result of the simulation shows that the longitudinal magnetic field of the electron cooling device should be compensated by a “compensation solenoid”, and the power supply ripple must be controlled, otherwise the accumulation would be affected and the beam would be lost.     

通过响应矩阵计算横向振荡的振幅函数和相位

 响应矩阵反映了束流位置监测器（BPM）位置处观察到的束流在校正铁磁场空间中的运行规律。根据电子储存环理论模型,采用迭代方法从实测响应矩阵计算束流横向振荡的振幅函数和相位。计算结果的精度主要受响应矩阵测量误差、BPM测量误差和校正铁电源刻度误差影响。计算响应矩阵的误差代表了迭代所采用的工作点的正确度,实际的工作点对应于计算响应矩阵的最小均方差,以此可推导实际的工作点。