太赫兹FEL束流输运线传输效率及轨道校正计算

太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。     

CSRm束流累积阶段闭轨校正系统设计

为测量兰州重离子加速器冷却储存环主环(CSRm)束流累积阶段的闭轨畸变并进行闭轨校正,开发了闭轨校正系统,该系统由轨道测量系统、闭轨控制系统和校正磁铁系统构成。轨道测量系统实现对束流轨道的实时监测;闭轨控制系统读取束流轨道信息,然后进行闭轨校正计算,并将计算后的校正值传输给校正磁铁系统;校正磁铁系统通过改变校正电源的值,改变校正磁铁的强度,实现对束流轨道的调整,完成闭轨校正。模拟测试结果表明,束流轨道水平方向的最大畸变由校正前的3.37 mm减小为校正后的0.39 mm,垂直方向的最大畸变由校正前的4.21 mm减小为校正后的0.31 mm。该系统能够实现响应矩阵的自动测量和束流轨道的自动校正,满足设计要求。     

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。     

电子储存环中闭合轨道和色散函数的校正

电子储存环中,由磁铁元件制造误差和安装误差导致的闭合轨道和色散函数的畸变,通常会引起一系列的负面效应,介绍了以合肥光源储存环为模型,用响应矩阵的奇值分解法对闭合轨道和色散函数进行校正的可行性研究结果.     

束流轨道快校正磁铁电源研究进展

快校正磁铁电源能够对束流轨道的偏离进行快速校正,提升同步辐射光源运行的可靠性。随着第四代衍射极限储存环(DLSR)光源品质的进一步提高,为了保证束流轨道的稳定性,快速轨道反馈(FOFB)系统对校正磁铁电源的性能也提出了更高的要求。针对先进同步辐射光源FOFB系统对快校正磁铁电源的需求,将目前国内外第四代同步辐射光源束流轨道快速校正磁铁电源的研究成果分为线性电源和开关电源两类,对各方案的拓扑结构、控制策略以及性能参数的特点等进行了简要对比分析,可以看出目前国内外正在研制的快校正磁铁电源响应带宽基本可以达到5 kHz甚至10 kHz水平,线性电源的低纹波噪声特性具备应用优势但需要关注效率低的问题;开关电源方案具有高效、模块化等特点,如果可以有效解决纹波噪声问题,将会更广泛地应用在快校正磁铁电源的设计中。     

基于深度强化学习的自由电子激光优化研究

束流轨道优化是短波长自由电子激光调试放大过程的关键环节。在实际实验中，需要花费大量的时间来调整参数，以校正轨道。为简化该多参数调优过程，研究了基于深度强化学习的自动优化技术，在仿真环境中使用SAC、TD3和DDPG算法调整多个校正磁铁，以优化自由电子激光的输出功率。为模拟实际实验中非理想的轨道状态，在第一节波荡器入口处设置一磁铁以偏转束流轨道。随后利用深度强化学习算法自动调节后续7个磁铁以校正轨道。结果表明，通过引入偏差将输出功率降低一个数量级后，基于最大熵原理的SAC算法将功率恢复到初始值的98.7%，优于TD3与DDPG算法。此外，SAC算法表现出更强的鲁棒性，有望后续应用在我国X射线自由电子激光装置中实现自动调束。     

基于CPU+GPU的大视场物镜成像畸变实时校正

针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题,提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术,建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数,设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上,设计内核自适应维度算法并优化运行程序,结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明,本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%,单帧耗时0.026 s,平均综合加速比为29.1.该系统精度高,可移植性强,简单易行,能够广泛应用于成像畸变的实时校正.     

CSRm闭轨畸变及其校正的模拟研究

在给定的磁铁安装误差和磁场加工误差的条件下,对兰州重离子加速器冷却储存环主环的闭轨畸变及其校正进行了计算机模拟研究,在典型的误差分布下,校正前的水平方向及垂直方向的最大闭轨畸变分别为3.08mm和2.73mm,校正模拟的结果显示CSRm的闭轨畸变可以控制在足够小的范围内.     

高精度环形谱仪等时性模式的闭轨校正模拟

高精度环形谱仪（SRing）是HIAF装置的重要组成部分,闭轨校正设计是该同步加速器设计的关键部分。由于等时性模式（γ_t=1.43）线性光学水平β函数很大,磁铁场误差及安装误差会引起较大的闭轨畸变,并导致线性光学发生变化。模拟过程采用奇异值分解（SVD）算法,通过多次计算响应矩阵并计算校正铁校正量实现闭轨校正。同时考虑BPM误差的影响,并通过减少特征值使用个数降低校正铁校正量。校正后全环最大闭轨小于0.8 mm,线性光学也得到明显优化。     

CSNS校正磁铁积分场均匀性测量研究

中国散裂中子源(CSNS)加速器主要由一台直线加速器、一台1.6 GeV快循环加速器以及低能、高能输运线组成。其中有十二种类型校正磁铁,共计74台。校正磁铁是加速器运行的重要组成部件,必须测量其积分场及均匀性以确保加速器性能。为了快速和高效地完成磁铁测量任务,使用了旋转线圈测量系统。对测量原理、数据处理方法以及系统之间的测量结果对比进行了介绍。这对批量磁铁高效率测量是有帮助的。     

合肥光源束流闭轨局部调整和校正

 针对特定实验站调整光源点位置的要求,设计了合肥光源储存环束流闭轨局部调整和校正系统,介绍了该系统的工作原理、硬件组成、软件设计及运行结果,设计要求束流闭轨局部调整的最大幅度为1~2 mm,水平方向和垂直方向其余闭轨畸变均方根分别小于50和30 μm。校正系统采用轨道设定法作为束流闭轨局部调整和校正算法,由束流轨道测量系统、校正铁系统和控制系统组成。运行结果显示：水平和垂直方向分别调节2.0和1.5 mm,水平方向和垂直方向其余闭轨畸变均方根分别为45.14和27.62 μm。     

Measurement, analysis and correction of the closed orbit distortion in Indus-2 synchrotron radiation source

The paper presents the measurement, analysis and correction of closed orbit distortion (COD) in Indus-2 at 550 MeV injection energy and 2 GeV synchrotron radiation user run energy. The measured COD was analysed and fitted to understand major sources of errors in terms of the effective quadrupole misalignments. The rms COD was corrected down to less than 0.6 mm in both horizontal and vertical planes. A golden orbit was set for the operating synchrotron radiation beamlines. With COD correction, the injection efficiency at 550 MeV was improved by ~50% and the beam lifetime at 2 GeV was increased by ~8 h. In this paper, the method of global COD correction based on singular value decomposition (SVD) of the orbit response matrix is described. Results for the COD correction in both horizontal and vertical planes at 550 MeV injection energy and at 2 GeV synchrotron radiation user run energy are discussed.     

基于MATLAB的合肥光源储存环束流轨道校正系统

 闭轨畸变对合肥同步光源的束流质量产生负面影响,因此必须对闭轨畸变进行校正。本文介绍了基于MATLAB的合肥光源储存环束流轨道校正系统的工作原理、开发过程及测试结果。该系统由束流轨道测量系统、校正铁系统和控制系统组成,基于MATLAB开发的束流轨道校正程序运行于操作员界面工作站上。首先对获取的束流轨道数据进行分析和计算,然后通过控制系统改变校正铁电源的电流以改变校正铁磁场强度,从而实现轨道校正。测试结果表明：束流轨道的最大畸变由校正前的4.468 mm下降到校正后的0.299 mm;标准方差（SDEV）由校正前的2.986 mm下降到校正后的0.087 mm。该系统达到了设计目标。     

上海软X射线自由电子激光束流准直

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）对束流发射度增长的幅度有着较为严格的限制,传统的光学准直已经不能满足其要求。采用基于束流的准直方法可以实现更为精密的准直,使得直线加速器的准直误差进一步降低,以满足自由电子激光装置的要求。通过对不同条件下束流位置检测器（BPM）测得的数据采用最小二乘法算法进行计算分析,可以计算得到四极磁铁和BPM的准直误差,进而进行束流准直和轨道校正。基于以上原理,计算了各种元件误差对轨道和发射度造成的影响,同时基于Matlab平台设计了控制软件,模拟结果表明轨道偏离量可减少一个数量级。     

合肥储存环二期改造工程的调试

合肥光源二期工程改造后, 对电子储存环光学参数进行了全面的调试和测量, 新注入系统和高频系统的调试, 也获得了巨大的成功, 在插入八极铁和过正地补偿色品后, 耦合束团不稳定性的得到了有效地抑制, 从而使改造后电子储存环能积累和运行在300mA以上的流强.     

IDENTIFICATION OF SPEED-DEPENDENT BEARING PARAMETERS

Bearing dynamic characteristics have been a major unknown in the modelling and analysis of large turbo-generators. An identification algorithm for bearing dynamic characterization by using unbalance response measurements is developed for multi-degree-of-freedom (m.d.o.f.) flexible rotor-bearing systems. The algorithm identifies the bearing dynamic parameters, consisting of four effective stiffness and four damping coefficients for each bearing, utilizing frequency domain synchronous unbalance response measurements from the accelerometers attached to the bearing housings in the horizontal and vertical directions, for a minimum two different unbalance configurations. The procedure of identifying bearing dynamic coefficients by using the proposed algorithm is presented and demonstrated through a numerical example. Adding noise to the simulated signal checks the robustness of the algorithm against measurement noise. Combinations of regularization and the generalized singular value decomposition (SVD) are used to tackle an ill-posed problem due to the nearly circular orbit of the rotor at the bearings, as a special case for nearly isotropic bearings. It is demonstrated that by measuring noisy bearing responses with the direction of rotation of the rotor both in the clockwise and anticlockwise directions, the bearing estimation problem for circular orbit becomes well-conditioned. The regularization algorithm is tested for an experimental rotor-bearing rig. The response reproduction capabilities are excellent even in the presence of measurement noise.     

一种新的永久周期磁铁聚焦的高功率宽带放大器

提出了一种新的高功率宽带放大器，它由速调管和自由电子脉塞组成，用永久周期磁铁聚焦。研究了这种器件的电子束聚焦、群聚和辐射。在速调管提供一阶调制系数为30%，波导管的半径1.51cm，摇摆器的磁场振幅0.16T，周期7.92cm，电子束的电压490kV，电流50A和半径0.368cm的条件下，预估这种器件的辐射波频率为11.4GHz，输出辐射功率为18MW，输出辐射带宽为44%。     

Detecting chaos,determining the dimensions of tori and predicting slow diffusion in Fermi–Pasta–Ulam lattices by the Generalized Alignment Index method

The recently introduced GALI method is used for rapidly detecting chaos, determining the dimensionality of regular motion and predicting slow diffusion in multi-dimensional Hamiltonian systems. We propose an efficient computation of the GALI_k indices, which represent volume elements of k randomly chosen deviation vectors from a given orbit, based on the Singular Value Decomposition (SVD) algorithm. We obtain theoretically and verify numerically asymptotic estimates of GALIs long-time behavior in the case of regular orbits lying on low-dimensional tori. The GALI_k indices are applied to rapidly detect chaotic oscillations, identify low-dimensional tori of Fermi–Pasta–Ulam (FPU) lattices at low energies and predict weak diffusion away from quasiperiodic motion, long before it is actually observed in the oscillations.