1 中国科学院高能物理研究所北京 100049
2 中国科学院大学北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海 201204
为满足高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)束流位置测量的需求,研制了各种类型的束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数,通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数,适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例,首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数,在此基础上,分析了椭圆形(HEPS增强器)与八边形(BEPCII储存环)管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中,确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外,计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近,相对误差在1%左右,椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右,证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法,可用于BPM的设计与相关问题的分析。
边界元法 束流位置探测器 位置灵敏度系数 高能同步辐射光源 Boundary element method Beam position monitor Position sensitivity coefficient High energy photon source
强激光与粒子束
2021, 33(5): 054003
强激光与粒子束
2021, 33(4): 044003
中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
上海光源恒流注入的运行模式, 需要直线加速器提供持续、稳定和高品质的束流。阐述了八条形电极束流位置探测器(BPM)的工作原理及其对直线加速器至增强器低能运输线的束流进行能散的测量, 并以(微波)幅度或相位作为调节参数, 采用比例积分(PI)控制算法对束流能散进行反馈控制, 实现了束流能量的长期稳定性, 保证了直线加速器束流的高效率注入。
八电极束流位置探测器 能散 能量反馈 低电平 PI控制 8-pole beam position monitor energy spread energy feedback low level radio frequency proportion and integration (PI) control 强激光与粒子束
2016, 28(12): 125105
中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
粒子加速器由于受地基振动、环境温度、热效应等因素的影响,导致束流位置探头(BPM)所在真空盒的机械中心相对四极铁磁中心的漂移较大,因此很难提高束流轨道的绝对测量精度。探索利用电容式探头实时检测该漂移量的方法。首先分析了电容式探头的测量原理,并设计了轨道振动同步诊断方案,然后设计了专用探头,并利用数据采集设备对探头的线性度、精度和频率响应进行实验室测试。结果显示电容式探头能检测到2 μm的相对位移,且可有效检测300 Hz以下的振动频率,可用于束流轨道与相关环境参数的同步诊断。
束流轨道 绝对测量 电容探头 同步诊断 beam orbit absolute measurement capacitor sensor synchronous measurement 强激光与粒子束
2014, 26(1): 015103
1 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院 研究生院, 北京 100049
利用上海光源储存环中受激电子束团位置信号频谱数据,确定了束团在加速器中运行的工作点及品质因数,获得了储存环垂直方向阻抗和横向阻尼率,分析了不稳定性产生的原因。阐述了加速器中受激束团的运动特点,以RLC振荡电路为基础,对束团运动进行简单的建模,利用模型中频率响应函数对频谱中的脉冲波形进行拟合,得到了用于表示运动阻尼及频率分散程度的品质因数。实验结果表明:利用该方法拟合得到的数据与原数据的相关性可达98%以上,所拟合波形与原波形整体相似度高。对不同流强下的数据进行了研究,随着流强的逐渐增加,工作点和品质因数同步减小,不稳定性加剧,流强达到阈值后,频谱中单峰分裂为双峰,束流品质降低。
工作点 品质因数 谐振电路 脉冲拟合 阻抗 阻尼率 tune quality factor resonant circuit pulse fitting impedance damping rate
中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
束流位置监测器(BPM)是粒子加速器束测系统中最为常见的元件, 该探头输出信号中除包含束流位置信息外还包含电荷量等其它信息, 可作为多参数束流诊断设备。采用BPM理论分析和数值仿真分析相结合的方法讨论了该种探头同时用于束流流强测量的可行性。在上海光源储存环上进行了束流试验, 测定了全环140个BPM的流强标定系数, 对BPM用于流强测量的分辨率、束流位置依赖性、频率依赖特性进行了测试, 根据实验结果讨论了该方法在当前技术条件下所能达到的性能及其局限性。
多参数束流诊断 束流位置监测器 流强测量 上海光源 multi-parameter diagnostics beam position monitor beam current measurement Shanghai Synchrotron Radiation Facility 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2973
中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
报道了工作点测量技术的研究现状, 对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行优化, 对系统测量误差及分辨力进行测试评估, 讨论了测量系统不同工作模式的优缺点, 并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统, 其系统测量误差小于0.000 1, 测量分辨力好于0.000 05, 测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在μm量级, 现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。
工作点测量 束流诊断 储存环 上海光源 tune measurement beam diagnostics storage ring Shanghai Synchrotron Radiation Facility 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2412
用高频结构模拟程序HFSS优化设计条带电极kicker并计算了它的反射参数和横向分流阻抗.从模拟得到的反射参数可以看出,在要求的250MHz带宽范围内,反射的功率小于7%,说明了条带与功率传输线是阻抗匹配的;模拟得到的横向分流阻抗与公式计算得到的结果基本上一致.当频率250MHz时,得到了1300Ω的分流阻抗,在此种条件下,需要反馈功率为123W方能抑制束流不稳定性,这为电极的机械设计和在反馈系统中选择功率放大器提供了最基本的依据.
束流不稳定性 横向反馈系统 条带电极 分流阻抗 高频结构模拟程序 Coupled bunch instabilites(CBI) Transverse feedback system Stripline kicker Shunt impedance HFSS 强激光与粒子束
2004, 16(10): 1353