电阻环束流探测器的标定

 电阻环探测技术是一种成熟、实用的在线测试束流技术，它能给出束流的大小和束流质心的位置。在即将投入使用的20MeV直线感应加速器中，该技术将作为一种精确的束流诊断手段。为此设计了一套精密的束流模拟和电阻环标定装置，其束流位置的定位精度达到0.02mm，以之对精心设计的电阻环进行标定。标定的结果表明电阻环对束流质心位置的测试精度达到0.5mm，经标定后的束位置拟合值绝对误差不大于0.2mm。     

电阻环束流探测器的标定

电阻环探测技术是一种成熟、实用的在线测试束流技术,它能给出束流的大小和束流质心的位置。在即将投入使用的20MeV直线感应加速器中,该技术将作为一种精确的束流诊断手段。为此设计了一套精密的束流模拟和电阻环标定装置,其束流位置的定位精度达到0.02mm,以之对精心设计的电阻环进行标定。标定的结果表明电阻环对束流质心位置的测试精度达到0.5mm,经标定后的束位置拟合值绝对误差不大于0.2mm。     

强流脉冲电子束位置测量探头标定结果不确定度分析

根据探测器测量原理和标定方法、特点,分析其位置测量的不确定度主要来源于测量过程的A类不确定度、B类不确定度和最小二乘法引入的拟合不确定度,确定了各个不确定度的计算方法,得到了探测器的合成不确定度,对于应用于神龙二号直线感应加速器的电阻环和磁探测器,其合成不确定度约为0.1 mm。     

强流短脉冲电子束束斑实时测量

为了快速获得直线感应加速器电子束束剖面信息以便能加速加速器的调试，研制了一套基于切伦科夫辐射的束斑测量装置，如图1所示。切伦科夫辐射体采用φ80，厚度0．5mm的石英玻璃。石英玻璃背面经过磨砂处理，安装在真空传动装置上，可以随传动杆上下移动和左右转动。切伦科夫光经滤光片和焦距为25mm的佳能TV-16镜头成像在CCD摄像头上。由摄像头拍摄的图像信号经CA-MPE-1000F(H)型黑白图像采集卡读入计算机进行处理。图象采集卡具有外触发接口。通过从注入器控制系统的同步机中输出同步信号，经过单稳态电路，对采集卡进行外触发。     

强流短脉冲电子束束剖面测量技术

束流剖面信息的获得对于加速器的研究有着重要的意义。对强流短脉冲电子加速器束剖面测量技术作了评述。目前,发展时间分辨的快响应的光学测量技术及实时在线测量为主要发展趋势。     

强流短脉冲电子束束剖面测量技术

 束流剖面信息的获得对于加速器的研究有着重要的意义。对强流短脉冲电子加速器束剖面测量技术作了评述。目前，发展时间分辨的快响应的光学测量技术及实时在线测量为主要发展趋势。     

强流短脉冲电子束束斑实时测量

介绍了一套基于切伦科夫辐射的用于强流短脉冲电子束束斑实时测量的装置。切伦科夫辐射体采用厚度为0.5mm、直径为80mm的石英玻璃,背面经过磨砂处理,安装在磁密封真空传动装置上,可以随传动杆上下左右转动。切伦科夫光经滤光片后由CCD相机进行接收,图像信号经CA MPE 1000F(H)型黑白图像采集卡读入计算机进行处理。报告了在中国工程物理研究院流体物理研究所的12MeV LIA和2MeV注入器上进行的束斑测量实验结果。     

强流电子束时间分辨系统瞬态脉冲干扰的抑制

强流电子束时间分辨测量系统在直线感应加速器（LIA）环境中会受到一些短暂的高能脉冲干扰,这些瞬态脉冲干扰既针对电路又针对测量系统,这对测量系统电子设备危害很大。介绍了时间分辨测量系统的原理,分析了瞬态脉冲干扰的成因和抑制方法,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,分析瞬态脉冲干扰对LIA中测量系统电子器件电性能的影响和变化规律,并进一步探讨电子器件电性能受瞬态脉冲干扰后的抑制措施。通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小,达到了高速信号的可靠传输要求,利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,这样可以更好地保护束参数测量电子器件,提高了整个系统的抗干扰能力及可靠性。     

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。     

时间分辨的强流脉冲电子束参数的光学测量诊断系统研制

电子束束参数是衡量各种加速器产生的电子束品质的重要参数, 其测量技术的研究及测量工作是极其重要的一个方面。由于加速器研制水平的提高, 尤其在调试阶段对束参数的测量要求也变得更高, 体现在高的时间分辨能力和更好的空间分辨率、数据更高的动态范围及更加直观的可视性。针对束参数中最基本的参数如束斑测量、发射度测量、能量测量等技术, 利用已研制的高性能设备, 针对强流脉冲电子束的特点, 基于多种主要原理研制了比较完整的、时间分辨能力高达2 ns、高灵敏度、高动态数据范围的电子束束参数光学测量及诊断系统, 并编制了一套处理程序, 达到了现场实时的数据处理水平, 具有直观诊断的特点, 为解决调试工作中诸多的问题提供翔实而准确的数据, 成功地应用于多个加速器的调试。     

用于测量强流脉冲电子束的B-dot

 描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理,分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件,并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点,确定B-dot探头工作于微分模式,设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定,标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验,多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。     

用于测量强流脉冲电子束的B-dot

描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理,分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件,并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点,确定B-dot探头工作于微分模式,设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定,标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验,多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。     

基于BEPCⅡ的腔式束流位置探测系统设计优化与线下测试

研究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统（CBPM）的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段,束流管道半径23 mm,参考腔TM₀₁₀工作频率和位置腔TM₁₁₀的工作频率一致。由线下测试结果可知,CBPM实物特征参数与仿真结果一致,CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz;垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于−44.7 dB;测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台,对经过CBPM信号进行时域和频域分析,通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87 μm、2.16 μm。     

上海软X射线自由电子激光装置直线加速器束流位置测量系统研制

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）作为中国第一台工作在软X射线波段的第四代光源,其产生的激光具备短波长、全相干、超高亮度、超短脉冲长度等优点,预期将会在基础科学研究领域中发挥出重要的作用。基于直线加速器的特点和需求,在SXFEL的注入器与直线加速段上选择了条带型束流位置测量系统（SBPM）作为束团位置测量工具。该系统由SXFEL束测团队自主研发设计,由条带探头、前端信号调理电子学与专用数字信号束流位置处理器（DBPM）组成,系统设计上借鉴上海同步辐射光源（SSRF）的同类型设备,并根据SXFEL的特点做了进一步的优化,束流实验结果表明该系统位置测量系统分辨率好于5.7 μm@188 pC,达到国际先进水平,满足了SXFEL注入器和直线加速器段对束流位置测量分辨率的设计要求。     

高能光源束流位置探测器支撑架结构优化设计

从热稳定性和振动稳定性两个角度出发,优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构;通过ANSYS有限元模态分析,验证了结构的热膨胀变化量和特征频率;采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试,结果表明,支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm,均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法,得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值,进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。     

强流脉冲电子束表面改性的物理模型及数值模拟

推导出了强流脉冲电子束处理过程的应力场方程,利用数值模拟,得到了温度场和应力场的分布曲线,分别给出了熔化深度、升降温的速率及温度梯度的大小,准静态应力和热应力波的幅值、应力波的传播及反射过程,利用数值模拟结果对实验中观察到的实验现象熔化深度、材料表层及次表层数微米范围内组织结构的变化及数百微米的硬度提高等给出了解释。     

强流脉冲电子束表面改性的物理模型及数值模拟

 推导出了强流脉冲电子束处理过程的应力场方程，利用数值模拟，得到了温度场和应力场的分布曲线，分别给出了熔化深度、升降温的速率及温度梯度的大小，准静态应力和热应力波的幅值、应力波的传播及反射过程，利用数值模拟结果对实验中观察到的实验现象熔化深度、材料表层及次表层数微米范围内组织结构的变化及数百微米的硬度提高等给出了解释。     

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。     

Horizontal phase-space distortions arising from magnetic pulse compression of an intense,relativistic electron beam

We report detailed measurements of the transverse phase space distortions induced by magnetic chicane compression of a high brightness, relativistic electron beam to subpicosecond length. A strong bifurcation in the phase space is observed when the beam is strongly compressed. This effect is analyzed using several computational models and is correlated to the folding of longitudinal phase space. The impact of these results on current research in collective beam effects in bending systems and implications for future short wavelength free-electron lasers and linear colliders are discussed.