ADS超导直线加速器的准直方法北大核心

现代加速器科学实验装置的搭建是一项系统而繁杂的工作,其中应用到多种学科的专业技术。主要介绍了中国科学院近代物理研究所ADS直线加速器工程项目中的加速器标定准直安装的一般流程和方法,包括加速器控制网的建立、加速器元件的标定、加速器元件支架位置的放样和加速器元件的准直等。该项工作使用的仪器包括激光跟踪仪、关节测量臂,从理论角度讲解了加速器控制网的布设规则,标定测量坐标系的建立方法,准直工作数据处理的意义和计算方法,以及该系统工作所最终取得的成就。     

CSR的准直安装

 中国科学院近代物理研究所的国家＂九五＂重大科学工程项目，兰州重离子加速器冷却储存环（简称HIRFL-CSR）的准直安装，要安装的元件数量多、范围广、并且精度要求高。为满足这些要求，将引入工程测量控制网的方法，并主要采用新一代测量仪器激光跟踪仪，进行测量和安装任务；并结合新的仪器和方法，建立了CSR准直数据库系统。     

武威重离子治癌装置回旋注入系统的准直安装

武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10 mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。     

上海光源准直测量方案设计

 上海光源在准直测量方案设计中面临的最大挑战来自于松软地基及高精度的定位要求。上海光源的准直过程分为控制网测量、元件标定、预安装准直、现场安装及平滑测量5个关键步骤。采用激光跟踪仪和静力水准系统等测量手段,将控制网精度设计为0.08 mm,其余步骤精度达到0.05 mm,以保证相邻共架机构的准直精度达到0.12 mm,优于0.15 mm的设计指标。方案在注重精度指标的同时,还兼顾了可靠性、测量效率、费用及实时监测的可能性。     

双轴准直测量调节系统

根据"神龙一号"和"神龙二号"两台直线感应加速器的直线性偏差不超过±0.2 mm、角度误差不超过±2″和高程误差不超过±0.2 mm的总体精度要求,分析了影响准直安装精度的主要因素和误差限定值;确定了采用激光跟踪仪、全站仪和水准仪相结合,建立包括大六边形网和小四边形网两个层次的高精度控制测量网;再通过专门设计的串并联精密调节机构,依据合理的准直安装工艺达到准直安装的精度要求。经过在"神龙一号"直线加速器准直安装的验证,此方法满足精度要求。     

直线感应加速器机械轴精密对中方法

 介绍了大型直线感应加速器机械轴精密对中安装方法和工艺。直线感应加速器由多个组元连接而成，总长几十m。采用激光跟踪仪并配以全站仪、水准仪进行准直测量，再用专门设计的高精度调节机构调节，可使机械轴的准直达到较高的精度。分析了准直安装各步骤能达到的精度，研究了几十m长机械轴准直控制测量网的建立和理论坐标值的修正。     

三维控制网技术在BEPCⅡ储存环中的应用研究

介绍了加速器准直测量控制网的特点及BEPCⅡ储存环的控制网, 给出了基于全站仪和激光跟踪仪的三维控制网技术在该工程中的研究和应用情况, 联合利用这两种仪器, 采用三维测量方式建立了一个高精度的测量控制网, 着重分析了三维控制网的优缺点及增加全站仪观测值后对控制网精度的贡献, 并指出三维控制网技术具有较好的应用前景.     

分离扇回旋加速器磁通道的复测安装

由于空间狭小且不能通视,分离扇回旋加速器的检修与准直复位一直困扰着机械准直人员。加上时间紧张,如何快速准确找到故障原因和准确复位是保证加速器正常运行所必须思考的问题。分析了磁通道的工作原理和传动机制,建立了有效的传动监测模型,标定并改善了电机的传动性能。基于多重坐标系转换总结出一种快速安装的方法,快速复位精度满足物理要求,保证束流的顺利引出。该方法精度满足实验要求(不超过0.2 mm),具有可继承性,能够为相关加速器类似元器件的检修与准直工作提供依据。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

中国散裂中子源准直控制网数据处理方法

以中国散裂中子源CSNS的直线加速器控制网为例,对其数据处理方法进行研究,采用平面与高程二维平差以及三维定向平差两种方式对准直控制网进行处理分析。同时,为了使准直数据处理更加简易便利,提出利用激光跟踪仪的测量软件SA实现三维定向平差的方法。通过不同软件及不同数据处理方法的对比,验证准直控制网数据处理的正确性,最终200 m长直线控制网点位精度优于0.2 mm,这为准直控制网的数据处理提供了指导。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

 采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

高能同步辐射光源地面网测量方案及数据处理

随着粒子加速器对束流的精确控制要求越来越高,对工程控制网的设计与测量提出了更高的要求,详细介绍了高能同步辐射光源（HEPS）工程测量首级地面控制网的布设及测量方案。地面控制网永久点标志布设于粒子加速器建筑隧道内,通过垂直通视孔与架设在线站大厅顶面的仪器铅锤对中,并形成平面互相通视的观测条件,实现了平面测站和坐标的联系传递;高程方向采用水平通视孔及门窗通视的方式实现水准测站和高程坐标的联系传递。由此构成了立体化通视与观测结构,这在国内同步辐射光源建设中有独特之处,有力保证了加速器轨道的精确控制。平面控制网分别采用GNSS控制网和全站仪边角网测量的方案,高程控制网采用室内隧道地面和室外地面水准测量的方案。在加速器隧道设备安装前进行了两次地面控制网测量,数据处理采用平面+高程的模式平差。经过不同测量方案的对比来验证测量过程的正确性,同时对比两次控制网的测量结果来验证可靠性。平均点位标准偏差为2 mm,反映测量成果的精确可靠,满足后续二级隧道控制网测量及设备安装准直需要。HEPS对永久控制点的稳定性提出了很高的要求,通过优化设计和特殊施工,在狭窄隧道空间内成功建设了超高、超细、高稳定的基岩隔空...     

引张线技术在加速器准直测量中应用概述

为研究引张线技术在加速器准直测量中的应用和发展,首先简介了引张线技术原理,然后回顾了引张线准直法在加速器工程中的发展历史,接着介绍了引张线在加速器准直测量中的最新发展动态。最后讨论了各种引张线准直法的优缺点及其适宜环境,比较了国内外引张线准直法的发展与区别。指出引张线准直法的发展方向,给出了加速器准直测量的努力方向。     

粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法北大核心CSCD

在高能同步辐射光源中,为了提高磁铁的准直精度,采用磁中心代替机械中心进行磁铁标定,通过振动线或旋转线等技术获得磁铁的磁中心位置,以及通过电容式位移传感器测量得到丝线的位置,从而实现磁中心与准直靶标的关联。为了实现丝线位置的高精度测量,必须对电容传感器进行精确标定,因此介绍了一种电容式位移传感器,并对其标定方法进行了研究,提出了网格化的数据采集方式以及高阶多项式拟合的数据处理方法,搭建了传感器标定平台并开发了相应的标定控制程序,实现了对传感器的自动控制、数据采集和高精度标定过程。经过分析与对比,标定后的电容传感器达到μm级的位移测量精度,为磁铁的高精度准直提供了基础。     

兰州重离子医疗装置同步环安装控制网设计

介绍了兰州重离子医疗装置(HIMM)建造中准直安装方案里核心的测量控制网设计。同步环准直测量控制网是基于Leica AT401激光跟踪仪和综合测量软件SA建立的三维测量控制网,在控制网设计中采用9个基准柱和2个激光干涉测量得到的基准长度参考,以及Leica DNA03数字水准仪协同测量,使全局三维控制网设计精度达到0.04mm,最终确保同步环四极磁铁安装精度达到0.10mm的要求指标,为将来束流的稳定运行做好可靠的保证。     

武威重离子治癌装置高能束线的准直安装

武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证。     

“神龙一号”加速器束流输运系统研制

文章系统介绍了“神龙一号”直线感应加速器束流输运系统的研制过程和取得的成果, 重点阐述了螺线管线圈、二极校正线圈、多功能腔等关键单元部件的设计、传输元件的磁轴测量和准直安装、束线的总体布局、束流调试等研究内容. 束流调试结果表明, 该束流传输线的设计是成功的, 并且具有较宽的动态适应范围. 最后, 结合束流调试的经验, 提出了一些建议供以后工作参考.     

基于合肥先进光源的准直参考网络机械系统设计及其仿真分析

新一代粒子加速器中磁铁位置与姿态的准确测量和安装依赖于各项技术的综合运用。实现磁铁在全局坐标系中准确定位,并且快速精密安装测量,为了建造高亮度、低发射度的第四代同步辐射光源,国家同步辐射实验室开展了"合肥先进光源(HALF)"的预研工作。作为准直测量系统的重要研究内容,创新性地提出了准直参考网络方法。为了保证准直测量精度,对准直参考网络的机械系统本身的形变要求很高,通过ANSYS软件对机械系统整机进行了静力学仿真,根据分析结果对准直基准板进行了优化设计,使其满足工作条件要求。     

惯性约束核聚变靶场监测系统空间坐标系的建立与标定方法

在惯性约束核聚变(ICF)实验中,高精度的靶场坐标系统是保证打靶准确性的关键因素。提出了靶场坐标系的建立方法,采用三台CCD监测仪对靶场监测。设计了正八棱柱模拟靶对靶场坐标系进行标定;设计了由显微和准直系统相结合的监测仪光学系统,使监测仪同时具有测量靶位和准直的功能。提出了采用双频激光标定准直光学系统的方法。     

用于重离子治癌回旋引出的实时流强测量系统北大核心CSCD

为满足重离子治癌加速器装置(HIMM)回旋加速器引出段束流流强的测量需求,设计了新的束流流强测量系统,该系统利用积分电流变换器(ICT)及锁相放大器等配套电子学,能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线(MEBT)束流流强的测量需求,并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明,锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量,先使用法拉第筒对ICT进行在线标定;标定前先对法拉第筒(FC)(20μA档位)和ICT系统的流强分辨在线测量,分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响,测量的束流的稳定性约90 nA,其对应的相对测量误差约8%,ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明,该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。