新型储存环束流损失监测系统

研制了新型的BLM监测系统,用于判断储存环束流损失发生的位置,以便采取措施延长束流寿命,提高机器性能指标.在进行加速器物理计算和蒙特卡罗计算后,因为簇射电子带有最强的位置信息而被确定为探测对象.该系统据此选用了对簇射电子灵敏的BLM探测器,并研制了基于CAN总线网络形式的数据采集系统;实现了对储存环束流损失的实时连续监测.连续运行多年的结果表明,该系统在分析束流损失原因和调整储存环运行参数等方面起到很好的作用.

中国散裂中子源加速器注入束流损失调节研究

注入系统是中国散裂中子源(CSNS)加速器的核心组成部分,对束流功率提升和稳定供束运行具有重要意义。注入束流损失是快循环同步加速器(RCS)能否在高功率下运行的决定因素之一。本文首先研究CSNS加速器注入束流损失的主要来源,包括注入参数不匹配、注入方式选择、剥离膜散射粒子损失、未被剥离的粒子损失等。其次,根据加速器的束流调节进程,对不同来源的束流损失进行调节和优化,降低注入束流损失,提高注入效率。最后,总结注入束流损失调节结果,初步测量得到注入效率约99%,并对进一步降低注入束流损失、提高注入效率提出改进方法和意见。

CSNS束流损失监测系统前端模拟电路设计

中国散裂中子源(CSNS)束流损失监测系统利用气体电离室来探测束流损失,电离室输出信号需在前端模拟电路中进行信号处理。本工作自主设计开发了束流损失测量系统前端模拟电路,采用跨导放大的方式实现了低重复频率、低占空比、弱电离室信号的电流-电压(I-V)变换测量。同时,电路还实现了对较大束流损失的快速响应,保障加速器设备的安全运行。联机测试结果表明,该电路满足系统要求。

NSRL电子储存环束流损失过程的Monte-Carlo计算

高能电子和物质相互作用是一个级联簇射 (shower)物理过程。 NSRL电子储存环 (HLS)束流损失监测系统利用这一原理 ,通过探测束流损失电子在储存环真空室外表面产生的 shower电子 ,给出束流损失的有关信息。本文利用 Monte- Carlo方法 ,采用 EGS4软件包 ,对束流损失电子与真空室壁相互作用的过程进行模拟 ,给出了真空室外表面 shower电子的分布特点 :(1) shower电子在真空室外表面是前冲性很强的粒子 ;(2 )在垂直方向的分布是比较窄的对称分布 ,对束流损失探测器的安装有一定的要求 ;(3)打在真空室内侧壁上的电子及其产生的 shower电子有机会反射到外侧壁 ,并进一步发生 shower过程 ,但其影响会低两个量级以上 ;(4) shower电子在真空室外表面上的分布 。

合肥国家同步辐射实验室电子储存环束流损失监测系统中的几个物理问题

电子储存环中损失的束流电子 ,在撞击真空室壁时 ,引起“电子 -γ -电子”簇射 ,在撞击点的下游 ,真空室的外表面形成次级电子 (shower电子 )的分布。通过探测这些shower电子 ,可以知道上游某处的束流损失状况。“合肥国家同步辐射实验室加速器二期工程”中的电子储存环束流损失监测系统 ,就是利用了这个原理。在分析了原有加速器束流损失监测系统的缺陷并对国际上各大型加速器进行了调研的基础上 ,对该系统中的探测器选型。

用于CSNS和PA束流损失监控(BLM)系统的电离室设计参数的优化

运用GEANT4蒙特卡洛模拟程序包,对用于中国散裂中子源(CSNS)和质子加速器(PA)束流损失监控系统(BLM)的γ电离室探头进行模拟研究,由模拟计算给出优化的电离室设计参数。工作气体选用1个大气压的氩气;内、外电极用无缝不锈钢管代替镍管,它们的分别为0.1和0.15 mm;屏蔽外壳亦选用1 mm厚度的不锈钢。按照以上参数制成的电离室模型用放射源测试,性能良好。

用于NSRL电子储存环束流损失监测的数据采集系统

介绍了 NSRL电子储存环束流损失监测系统的分布式数据采集系统构成 ,并详细介绍了其中的下位机结构、计数器设计以及 CAN BUS总线等技术环节。

中国散裂中子源快循环同步环形加速器横向准直器上质子束流损失造成的中子场分布

利用蒙特卡罗模拟软件FLUKA对中国散裂中子源快循环同步环形加速器中主准直器的中子场分布进行计算和分析,得到中子在铁屏蔽体和混凝土屏蔽体表面的总注量率、能谱和时间分布及其他次级粒子能谱。计算结果表明,屏蔽体阻挡和慢化了中子,使中子注量率减小且能谱分布向低能方向转移。从中子的能量和时间分布结果来看,中子场具有明显时间波动性,脉冲周期约为125μs。短周期的脉冲中子场在快响应中子宽谱探测器研发和标定方面具有很好的应用前景。

强流重离子加速器中由于质子束流损失引起的次级辐射场计算研究

本文利用蒙特卡罗方法计算了强流重离子加速器中质子能量在50 MeV^12GeV能量范围内由于束流损失引起的真空管壁外的次级辐射场,分别就次级粒子的产额、能谱及角分布等方面进行了基本研究。本文的研究结果在束流损失探测器的选择、安装位置以及动态范围的确定上有着重要的参考价值,对于束流损失监测系统的建立有着极为重要的意义。同时,对于加速器的辐射防护问题也有一定的参考价值。

CSNS束流损失测量系统设计

介绍了束流损失测量系统探测器的选型、前置放大电子学的功能、数据采集系统的硬件配置及本地站显示界面,着重介绍了本系统在加速器不同能量段的束流调试中的应用。DTL低能段成功观测到了束流损失,针对RCS段脉冲高功率设备,对本系统的干扰提出了解决方案,便于加速器调束时区分干扰与束损,针对RTBT微脉冲大信号的束损进行了积分展宽,满足数据采集系统带宽需求。

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。

CSNS束流损失监控(BLM)系统电离室的改进

报道了中国散裂中子源工程（CSNS）和强流质子加速器（PA）束流损失监控（BLM）系统的电离室的改进。对改进后的电离室测量得到，电离室有良好的坪特性（坪长≥2000V），测量的辐照剂量范围到3．6×10^5rad／h，高压加到3500V仍能稳定工作。测量的结果表明电离室探头性能已能满足CSNS和PA对束流损失监控的性能需求。

快响应束流损失监控(FBLM)系统液闪探测器初样的研制

给出快响应束流损失监控(Fast Beam Lost Monitor,FBLM)系统的液体闪烁体探测器初样的研制。在高频四极加速器(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)实验装置上的测试表明,液闪探测器能给出宽度为500μs束流宏脉冲结构,能逐个显示出宏脉冲内490 ns的束流切束脉冲。液闪输出信号脉冲较490 ns束流切束脉冲延迟约70 ns。液闪型FBLM输出的信号幅度大于塑闪型。液闪探测器初样的成功研制,为其性能进一步改进提高,打下了良好的基础。

基于嵌入式EPICS的合肥光源储存环束流损失监测系统

针对合肥光源储存环恒流运行(Top-off)改造等性能提升的需要,研制了新型的基于嵌入式EPICS架构的储存环束流损失监测(BLM)系统,用于监测储存环中束流损失发生的位置和大小。新BLM处理器获取储存环各处双PIN型光电二极管传感器所采集的簇射电子的信号,分析处理后通过各个处理器内部的嵌入式系统所运行的EPICS程序将数据实时发布到加速器控制网络,使中控室能够实时获取束损的数据。新BLM系统能够实时对双PIN型传感器进行自检操作,排查故障隐患,提高了系统运行的效率和可靠性,经过试运行表明,新BLM系统可完全满足合肥光源恒流的运行需要。

强流质子加速器的束流损失读出系统的研究

介绍了强流质子加速器束流损失监测系统中束流损失读出系统的研究。束损读出系统硬件使用基于VME总线协议的ADC设备,软件设计采用EPICS控制软件框架。作者编写设备驱动、设备支持、记录支持程序,实现了对硬件的控制和数据的读取,并满足工程要求的性能指标。

基于塑料闪烁体的束流损失监测系统设计

束流损失可能导致加速器设备的显著辐照损坏。为防止机器材料的损坏,并允许进行人工维护,设计了HIAF项目的束流损失监测系统。该系统接收基于塑料闪烁体的快响应束损探测器信号,利用脉冲计数和ADC积分两路数据进行束流损失判断。通过Xilinx Kintex-7系列FPGA实现各时间窗口积分算法,并给出各窗口的触发联锁保护信号。探测器数据采集模块采用16位高精度ADC,采样频率20 MSPS,可实现对探测器数据的连续采样,以便进行后续的数据处理和联锁判断。通过实验室测试,束流损失监测系统准确监测到了束流损失的发生,并及时给出了联锁保护信号,为加速器的正常运行提供了数据支撑。

FLUKA在上海光源增强器束流损失监测系统模拟中的应用

上海光源(SSRF)是中国迄今为止最大的大科学装置,在科学界和工业界有着广泛的应用价值。上海光源增强器的束流损失监测系统,对于保障中国首台增强器的正常运行和机器研究都起到重要的作用。针对该束流损失监测系统设计中相关的问题,利用FLUKA程序,对不同能量的束损电子在真空室壁中的簇射过程进行了模拟,并比较了次级粒子在探测器内的能量沉积。结果表明:探测器中对能量沉积起主导作用的是簇射电子,设计方案是可行的。同时讨论了在不同能量束流电子损失下,探测器测量结果的一致性问题。

磁铁电源故障引起的束流损失模拟程序BTracker开发

强流重离子加速器HIAF的增强器BRing具有高流强、高能量的特点,其关键设备如磁铁、高频系统的故障将会造成严重的束流损失和对加速器的损伤。为了研究关键设备故障下的束流损失分布和beam dump过程中的束流动力学,为HIAF机器保护系统建设提供参考,开发了一套通用的逐元件的束流动力学模拟软件BTracker。利用该软件模拟了二极磁铁和四极磁铁电源故障下的束流损失分布并与MAD-X软件作了相互校验,结果符合较好。除此之外,BTracker还具有用户友好、接口灵活以及计算性能优秀的特点,满足HIAF-BRing机器保护研究的需求。

基于EPICS的SSRF束流损失监测系统的设计与实现

介绍了SSRF BLM系统的构成,包括基于LabVIEW编写的数据采集和监控程序,研究了LabVIEW与EPICS连接的方法。利用LabVIEW DSC模块建立了EPICS服务器,将LabVIEW采集的数据转换为PV量并发布到EPICS网络。基于EDM设计了EPICS客户端显示界面,对PV量进行了读取并显示。运行结果表明,系统工作稳定可靠,满足了SSRF EPICS控制的需求。

合肥储存环电子束流寿命分析

电子束流寿命是个很重要的指标,直接影响合肥光源的正常运行,为此研究了影响束流寿命的因素,测量了高频腔压、耦合度以及束团长度对电子束流寿命的影响,研究显示合肥储存环的电子束流真空寿命和托歇克寿命相当;并且利用束损系统测量了因托歇克寿命的变化而造成束流损失的相对变化;通过增加耦合度增加束流的垂直发射度,有效地提高了束流的寿命,保证了合肥光源的正常运行。