SSRF直线加速器聚束器的研制

在SSRF(上海同步辐射装置)注入器的预制研究中,等梯度行波聚束器是一个重点。本文描述了SSRF直线加速器聚束器的设计、加工以及测试结果。

可编程逻辑控制系统在北京自由电子激光装置的实验物理和工业控制系统中的应用

在北京自由电子激光(BFEL)装置的搬迁改造工程中,开关机系统的控制采用基于实验物理和工业控制系统(EPICS)的可编程逻辑控制(PLC)控制系统,它具有安全可靠、操作简单、易于扩展、便于通讯等优点。本文介绍了该控制系统的设计和开发,包括系统软硬件的结构设计以及系统的EtherNet/IP网络通讯。

合肥同步辐射储存环的高频工作模式

在测量高频系统基本参数的基础上，对合肥同步辐射储存环高频腔的大失谐角工作模式进行了分析，指出其不合理性和危害性，提出并成功地试验了投入控制环路，在高腔压、最佳失谐角下注入束流及升能的新的高频工作模式。

非均匀填充束团纵向不稳定性的模拟计算

为精确计算储存环中高频腔等高Q值元件引起的耦合束不稳定的增长率 ,我们通过分析束团和高频腔高次模的相互作用 ,编制了能计算非均匀填充束团纵向不稳定性增长率的程序———SLIAB程序。在束团均匀分布这种特例情况下 ,该程序与常用的ZAP程序计算得到的结果基本一致。作为一个应用实例 ,本文给出了高能物理研究所BEPC改进方案BEPC -Ⅱ上束腔耦合不稳定性的增长率的计算结果。

合肥同步辐射储存环多束团不稳定振荡的研究

描述在合肥同步辐射储存环中观察到的频率为８７５．１ＭＨｚ和１５４１．５ＭＨｚ的两种纵向振荡，它们分别由高频腔的ＴＭ０１２和ＴＭ０３２高次模的阻抗引起．给出了这两种振荡与调谐杆位置及束流流强的依赖关系，并和理论计算的结果进行了比较．

BFEL激光能量的计算

为进一步提高BFEL的小信号增益和确定激光能量等性能参数,用定态和非定态程序对BFEL激光的能量进行了计算和分析。计算结果表明:采取适当措施,将电子束的发射度由50πmm·mrad降低到30πmm·mrad,电子束宏脉冲宽度由5.0μs增加到6.5μs,激光传输效率由40%增加到80%,BFEL的小信号增益将由16%增大到28%,输出激光的能量也将提高近一个量级。

基于Labview的超导腔测试数据采集系统

设计了基于Labview的超导腔测试数据采集系统,该系统应用于超导腔垂直和水平测试的数据采集,实现了测量仪器、本地机及远程机的数据通讯,于国内首次实现了Q0～Eacc曲线及辐射剂量曲线的实时显示,并使得Labview采集的数据与EPICS之间互相连通。该数据采集系统根据被测数据带宽及精度的不同,灵活选择不同的传输接口,采集功率计、频率计、温度计、辐射剂量探测器等仪器的信号,实时地传输、处理并存储所有数据。Spoke012超导腔垂直测试实验结果表明,该系统运行稳定可靠,易于维护,界面友好,同时具有很好的可移植性,可在其他类型的超导腔测试中获得广泛应用。

汤姆逊硬X射线源中锁模脉冲激光稳频方法

汤姆逊硬X射线源中,光阴极微波电子枪要求触发激光脉冲与腔中微波场相位的精确时间同步。理论分析了锁模脉冲激光器相位噪声,探讨了对激光脉冲相位探测和控制的方法,并通过实验构建了激光相位抖动测量系统和锁相环稳频回路,用基频鉴相信号驱动压电陶瓷晶体改变谐振腔长,实现了从开环3.42ps到闭环1.46 ps的均方根相位抖动的测量和控制。

横向行波偏转结构中电磁场分布及腔间耦合系数的理论研究

模拟分析了横向行波偏转结构中传播的HEM11波的特性,并与加速模式TM01进行了比较。设计并加工完成了该偏转结构的实验腔,用谐振微扰法测出了中间腔的横向场分布曲线,并与HFSS模拟结果进行了比较,模拟结果和测试结果一致,其横向场的最大值在偏离轴心径向的中间位置。用HFSS模拟了腔的色散特性,对有稳定孔和没有稳定孔的情况进行了比较,用谐振法对实验腔的色散特性进行了测试,测试结果和模拟结果一致。通过对等梯度偏转结构等效电路的简化,给出了等阻抗结构的等效电路,定性分析了此偏转结构的腔间耦合情况,计算了腔间耦合系数,模拟结果和测试结果一致。

100MeV电子直线加速器的物理设计

能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm.mrad。

C-ADS注入器Ⅰ超导腔失效补偿实验研究

超导腔失效补偿问题是中国加速器驱动次临界系统(China Accelerator Driven Sub-critical system,CADS)超导强流质子加速器研究的重点,直接影响质子束流的稳定性。本文针对此问题,基于C-ADS注入器Ⅰ实验平台,采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)进行了实验研究。完成了PLC内部的数据查找、PLC与注入器Ⅰ控制系统之间的通讯以及失效补偿各阶段时间长度的计算和验证。本实验实现了对超导腔失效问题的快速探知以及对其它腔的自动补偿操作,为今后的实际应用奠定了基础。

BEPC Ⅱ国产500 MHz超导腔运行综述

北京正负电子对撞机二期(BEPC Ⅱ),国产500 MHz超导腔经过紧张的安装调试于2017年10月正式投入带束流运行。首先对此国产超导腔两次降温调试的相关参数进行了监测和对比分析;其次研究了通过高功率老练的方法改善超导腔的品质因数,并实时监测超导腔老练过程中的辐射剂量;最后对超导腔的带束流运行情况进行了介绍分析。结果表明:BEPC Ⅱ国产500 MHz超导腔虽然放置了6年,但是状态良好,通过高功率老练能够降低超导腔的辐射剂量,改善其性能,完全满足束流运行要求。

Spoke012超导腔低温调谐器的研制

调谐器是超导高频系统中的关键设备之一,其功能是调节超导腔的频率。在Spoke012超导高频系统中,我们研发了一个在低温环境下运行的特殊调谐器。该调谐器由操作原理不同的两个部分组成,一个是步进电机驱动的粗调谐部分,另一个是压电陶瓷驱动的细诃谐部分。这两个部分串联放置,可达到粗调约200kHz和细调约5Hz的调谐精度。本文报道该低温调谐器的基本参数、设计方案及性能测试结果。

C-ADS注入器Ⅰ超导腔失效补偿模拟研究

可靠性问题是中国加速器驱动核废料嬗变系统(C-ADS)超导强流质子加速器研究的重点和难点之一。本文针对C-ADS直线加速器注入器Ⅰ的超导腔失效问题,基于PLC嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(EPICS)进行超导腔失效补偿仿真研究。本研究完成了嵌入式系统开发和数据快速查找,验证了超导腔失效补偿方法的可行性,为下一步实验研究奠定了基础。

BEPCⅡ超导腔失效分析

以北京正负电子对撞机(BEPCII)超导腔为例,通过监测运行中超导腔的主要参数,如腔压、输入功率、调谐角等,并与理论计算相比较的方法,对超导腔失效常见的几种原因,包括:高频系统硬件故障、束流丢失以及调谐器机械运动不畅等,进行了分析,重点解决了调谐器机械运动不畅导致超导腔失效这一比较复杂的问题。这些分析为减少BEPCII高频故障,增加BEPCII运行可靠性提供了重要参考。

BFEL基于EPICS的PLC控制系统

分布式控制系统的搭建是北京自由电子激光装置搬迁改造工程的重要一环,本文介绍了BFEL基于EPICS的PLC控制系统设计和开发,包括系统软硬件的结构设计以及系统的EtherNet/IP网络通讯。该控制系统安全可靠、操作简单、易于扩展,同时EtherNet/IP网络是国内加速器控制中较早的一次应用。

9-cell超导腔快速预调谐方法研究

对频率和场平坦度的预调谐是9-cell超导腔耗时最多的后处理工序之一,很快将成为国内相关大科学工程9-cell腔批量生产的瓶颈。首先介绍了9-cell超导腔两种常用的预调谐方法,即DESY方法和Cornell方法的原理,建模分析和比较了两种方法的计算精度和误差来源,给出Cornell方法调谐量计算的修正。然后结合9-cell超导腔预调谐实验研究,给出了快速预调谐方法:DESY的重建算法在低场平时精度较高且收敛迅速,可作为粗调;Cornell微扰算法在高场平时精度较高且测量迅速,可作为微调。结合两种调谐方式,将预调谐分为粗调和微调两步,可有效提升9-cell超导腔预调谐的速度。

一种测量电子束微脉冲时间抖动的新方法

提出了一种高灵敏度电子束微脉冲时间抖动的测量方法。该方法采用传统的测量束团位置及电荷量的四条带束流位置探头,用混合环对感应信号进行处理,对共振频率为2.856GHz的谐波分量用MIXER与2.856GHz的参考信号进行相位比较,并由此得到电子束团微脉冲时间抖动值。

BFEL实现红外和X射线双波段运行的初步设计

讨论了北京自由电子激光装置升级后实现红外和X射线双波段运行的主要物理和技术问题及其解决途径,并进行了初步设计。结果表明：红外自由电子激光器的波长调谐范围为4.9-16.8μm,输出宏脉冲能量可达到50 mJ;背散射X射线光源可以覆盖0.45-3.49 keV能区,输出宏脉冲谱亮度为3.0×10^20pho-tons/（s·mm^2·mrad2·0.1%BW）,扩大了红外自由电子激光的应用范围,以及用户对相应能区X射线的应用需求。

梯形双梁结构超导偏转腔的优化设计

双梁结构超导偏转腔可对带电粒子束进行快速的偏转或旋转,具有紧凑、高效的特性,在超导自由电子激光、高能粒子对撞机等加速器装置中具有广泛的应用前景。该类型超导腔设计研究的一个重点是双梁形状的选择和尺寸的优化。针对中国科学院高能物理研究所提议建设的、基于超导直线加速器的X射线自由电子激光装置,采用CST MWS,CST PS,COMSOL,ANSYS等软件仿真手段,结合理论分析,完成了一款双梁形状为梯形的超导偏转腔的优化设计。该梯形双梁结构偏转腔具有良好的电磁和机械性能,同时,腔的尺寸更加紧凑,加工难度也有所降低。