HEPS增强器凸轨磁铁脉冲电源的设计与实现

高能同步辐射光源(HEPS)是国内首台第四代同步辐射光源,包括一个储存环、一个增强器以及一个直线加速器。作为典型的低发射度储存环(LER),其动力学孔径远小于物理孔径,对此选择了一种新颖的在轴置换注入方案。其中,增强器负责实现束流从500 MeV到6 GeV的升能。为了降低增强器引出冲击磁铁的冲击强度,在引出环节之前使用4台凸轨磁铁来辅助冲击磁铁完成这一动作。凸轨磁铁磁场波形要求底宽小于1 ms的半正弦波。根据仿真以及测试结果,采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联快恢复二极管的经典LC谐振电路拓扑。此外,设计了能量回收支路,来降低电容在充电过程中功率损耗以及对输出脉冲电流波形的影响。目前,已完成脉冲电源样机的研制与测试,各项结果表明,该脉冲电源能够满足高能光源增强器高能引出系统的各项要求。

一种基于LC谐振放电的感应叠加固态脉冲电源

针对加速器传统闸流管半正弦冲击磁铁脉冲电源的低重频以及短寿命问题,研制了一种基于LC谐振放电的半正弦感应叠加脉冲电源。脉冲的产生由两种开关配合控制,变压器初级IGBT作为主动脉冲开启开关,次级高压硅堆作为被动脉冲关断开关,这种设计提高了有较长关断延时的大功率IGBT在窄脉冲应用的可能性。电源利用变压器磁芯饱和的特性,通过感应叠加初级二次反向谐振实现储能电容能量的自回收,降低了电路的充电时间以及热损耗。通过结合PSpice软件仿真和电路实验,研制出了一台5级叠加的脉冲电源原理样机。测试结果表明,相较于传统闸流管半正弦脉冲电源,该脉冲电源可实现更高的脉冲重复频率以及更低的功率损耗,可为加速器半正弦冲击磁铁系统提供更多设计选择方案。

环形正负电子对撞机注入引出分布参数型冲击磁铁设计

环形正负电子对撞机(CEPC)是一台周长100 km,最高能量为120 GeV的双环对撞机。为了满足不同能量粒子从增强器注入到对撞环,针对W和Z能量模式设计了对撞环离轴注入系统,用于实现束流的累积。为了提高注入效率,兼容不同注入能量,不同束流填充模式,同时尽可能减少注入过程中冲击磁铁对其它束团的扰动,要求对撞环离轴注入冲击磁铁系统是一个上升时间和下降时间小于200 ns,脉冲底宽调节范围为440~2420 ns的梯形波脉冲放电系统。和常见的集中参数型冲击磁铁相比,分布参数型冲击磁铁具有更优越的动态响应特性,适合产生一个前沿更加陡峭、波形更为理想的梯形波脉冲。根据CEPC的束流注入物理需求,完成了一台分布参数型冲击磁铁的物理设计和结构设计,并采用了PSpice和Opera程序进行模拟仿真。设计结果表明:冲击磁铁由26级LC单元结构叠装而成,磁铁总长为1018 mm,磁有效长度为942 mm;在[−20,20]mm磁铁孔径内,磁场强度为0.0421 T,磁场均匀性优于±0.2%;冲击磁铁系统总上升时间(10%~90%)为193 ns,下降时间(90%~10%)为191 ns。理论分析、PSpice程序和Opera程序模拟均验证了磁铁设计方案的可行性。

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管(DSRD)因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间(10%~90%)约2 ns,底宽(3%~3%)小于8 ns。

ns级快脉冲电源研制

高重复频率ns级快脉冲电源是粒子加速器超快kicker注入引出技术中有待攻克的关键技术难题。本工作利用计算机仿真和桌面实验等手段从理论上研究了感应叠加技术、射频MOSFET开关及驱动电路技术,并在此基础上设计研制了1台10级感应叠加的快脉冲电源性能样机。经初步测试,10级叠加性能样机在500Hz低频工作条件下,输出脉冲幅度>4.3kV,脉冲前沿<2.8ns,脉冲宽度<9ns,基本达到了预期目标。

双脉冲闸流管触发器研制

重氢闸流管开关在高压大电流快脉冲技术领域仍扮演着重要角色,闸流管的触发线路是决定闸流管开关性能的关键因素之一。除提高触发脉冲(G2)的幅度和上升速率外,采用双脉冲触发技术也可有效地改善闸流管开关的时间特性。从通用性、可靠性和可维护性的角度出发,研制了一种集成的全固态双脉冲闸流管触发器,并在BEPCⅡ运行中投入使用。通过测试,闸流管在该触发器的驱动下,时间抖动典型值<1ns。3年多的运行实践表明,触发器的故障率极低,具有很高的可靠性。

HEPS在轴注入冲击器系统及快脉冲电源样机研制

高能同步辐射光源(HEPS)是我国计划建造的下一代基于储存环的高亮度光源,束流自然发射度已经接近衍射极限。作为典型的低发射度储存环(LER),HEPS的动力学孔径远小于物理孔径,传统的离轴累积注入已经无法满足要求,只能采用基于strip-line kicker的在轴注入方案。为了实现逐束团操控,HEPS要求注入kicker脉冲电源底宽(3%～3%)<10ns,半高宽(50%～50%)>4.5ns,幅度>±17.5kV(50Ω负载),重复频率>50Hz。高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)工程研制了一台基于DSRD的双极性快脉冲电源性能样机,在50Ω负载上可以获得上升时间(10%～90%)<2.6ns,下降时间(90%～10%)<3.2ns,半高宽(50%～50%)>5ns,底宽(3%～3%)<10ns,幅度>±18kV的脉冲高压,可以满足HEPS注入基准方案——在轴置换注入的要求。

北京正负电子对撞机注入控制系统的开发

在北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPCII)中,注入控制系统承担的任务是对冲击磁铁电源进行开关机、升降流、状态显示、故障报警等操作,并将从示波器采集到的脉冲电源的波形信号通过以太网送入前端控制计算机的IOC中,在中央控制室进行监控。描述了BEPCII注入系统冲击磁铁电源的控制方式和原理,以及在实验物理和工业控制系统(EPICS)环境下系统的构建及数据库和应用软件的开发。

BEPC电源巡回检测系统

开发了电源电流稳定度巡回检测系统。用LabVIEW取代C语言来构造数据采集系统。此系统不仅能检测新电源的24h稳定度,而且能巡回检测正在使用的电源。用户界面简单美观,局域网的用户可以方便地通过此系统获取数据。回采数据存储为Excel格式,为创建数据库做准备。

一种基于磁饱和变压器的DSRD脉冲电源设计

漂移阶跃恢复二极管(DSRD)具有开关速度快、重频高、工作电流大等优点,在脉冲功率技术中很有应用前景。研究了一种基于磁饱和变压器的DSRD泵浦电路拓扑结构,具有体积小、重量轻、可靠性高等特点。根据DSRD的工作要求,采用功率MOSFET作为初级开关,结合磁饱和变压器的升压和磁开关特性,设计了DSRD的泵浦电路。利用Pspice软件对电路进行了仿真分析,验证了电路原理的正确性。在仿真分析的基础上,完成了一台原理样机的设计和电路实验。实验结果表明,该电源样机在前级充电电压800 V条件下,50Ω负载上产生的脉冲幅值大于7 kV,前沿小于4.2 ns(10%~90%),半高宽约10 ns。

康柏西普注射液联合复方血栓通胶囊对增殖性糖尿病视网膜病变患者最佳矫正视力及氧化应激反应的影响

目的探究康柏西普联合复方血栓通胶囊对糖尿病视网膜病变患者最佳矫正视力及氧化应激反应的影响。方法选择2019年3月—2022年3月建瓯市立医院收治的156例增殖性糖尿病视网膜病变患者,按随机数表法分为两组,各78例。对照组予以康柏西普眼用注射液治疗,观察组加服复方血栓通胶囊治疗,均持续治疗3个月。比较两组临床疗效、最佳矫正视力、氧化应激反应、不良反应。结果观察组治疗总有效率较对照组高,差异有统计学意义(P<0.05)。两组治疗前最佳矫正视力、氧化应激反应比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组治疗后最佳矫正视力、总抗氧化能力(TAOC)、超氧化物歧化酶(SOD)水平均较对照组高,丙二醛(MDA)较对照组低,差异有统计学意义(P<0.05)。两组不良反应比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论在增殖性糖尿病视网膜病变患者中采用康柏西普+复方血栓通胶囊治疗可减轻氧化应激反应,促进视力改善,且安全可靠。

双极性脉冲电源的平衡变压器技术

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)采用的是新型冲击磁铁Slotted Pipe Kicker,其结构上要求双极性供电．平衡变压器是实现双极性的关键部件,是解决脉冲源闸流管阴极可直接接地的绝好技术途径．平衡变压器是一种具有特殊用途的高压快脉冲变压器,因此其设计除了要解决高压快脉冲变压器的一般性技术问题外,还必须着重考虑电流平衡度指标．通过理论分析、模拟计算和测试实验证明不平衡电流主要由变压器的励磁电流和磁芯涡流损耗等效电流两部分组成．平衡变压器磁芯材料和几何尺寸选取,以及原副边导体结构设计是实现设计指标的关键所在．样机测试结果与设计计算结果相符,验证了平衡变压器设计理论的正确性,且平衡度D＜1%达到预定指标．

Time Drift Stabilizer Unit in BEPCⅡ Injection Kicker System

High time-stability performance of the injection kicker system is important for the Beijing Electron Positron Collider Upgrade Project (BEPCⅡ),with jitter and drift less than±5ns.In order to compensate the delay time drift of thyratron on the kicker pulsed power supply,a drift stabilizer is developed.The test results meet the demand of design by regulation resolution=1ns,jitter+drift<2ns in 8 hours.The detailed design of the time-drift stabilizer will be described in this paper.

中国高能同步辐射光源及其验证装置工程

同步辐射光源已成为众多学科前沿领域不可或缺的大科学装置.我国现有的同步辐射光源都是中、低能光源,然而与国家重大需求和工业核心创新能力相关的研究急需高性能的高能同步辐射光源支撑,因而建设一台高性能的高能同步辐射光源将为国家的重大需求提供重要支撑,并大大缩小我国与国际先进光源的差距.本文阐述了建设高能同步辐射光源的必要性及意义,分析了国内外同步辐射装置的发展现状,重点介绍了中国高能同步辐射光源的科学目标、初步方案和技术难点,并系统介绍了国家"十二五"重大科研基础设施发展规划中拟开展的高能同步辐射光源验证装置工程的建设目标和建设方案.

BEPCⅡ冲击磁铁的设计和样机研制

由于BEPCⅡ储存环注入系统对冲击磁铁的设计要求比较高,国际上现有的两种低束流阻抗的冲击磁铁方案都不能完全满足其要求.本文提出的一种新型冲击磁铁方案解决了BEPCⅡ冲击磁铁的设计难题,并且通过样机的成功研制,证明了这种方案对于BEPCⅡ来说是可行的,结构和工艺设计是合理的.