用于可编程脉冲电源的新型波形发生器及显示器研究

针对中国散裂中子源(CSNS)工程快循环同步加速器(RCS)注入系统涂抹凸轨磁铁脉冲电源的需求,设计了一种采用FPGA+DSP结构的高速数字采集与处理系统实现可编程脉冲电源给定波形的产生与输出电流的探测显示。通过研究DSP与上位机基于UDP协议的千兆以太网通讯、DSP与FPGA间高速串行接口技术的数据传输方式,使电源实现了在线实时输出任意波形脉冲电流和显示电源的输出电流波形,为任意波形发生器及显示器的设计提供了新方法。     

基于小波分析的有源滤波器技术研究

现代先进的高能加速器对束流的稳定性提出了越来越高的要求,而磁铁电源输出电流的稳定性是直接影响束流品质的主要因素之一。基于小波分析的有源滤波器针对北京正负电子对撞机(BEPC II)中部分直流磁铁电源输出电流纹波过大的问题,利用小波分析对电源输出电流数据进行谐波分析,得出电源输出电流纹波中各个频段内谐波的信息,并根据该信息输出幅值相等、方向相反的纹波电流,用于抵消磁铁电源输出电流中的纹波,达到降低纹波含量、提高电源输出质量的目的。利用Matlab对该有源滤波器的工作进行仿真,并在小电源样机上对仿真结果进行实验验证。     

紧凑型中高能同步加速器的物理设计

本文采用束流光学匹配软件优化组合磁铁布局得到一种紧凑型的同步加速器。该加速器具有周长短、磁铁孔径小、束流品质高等优点。注入和引出设计是此同步加速器的关键点,基于Matlab/AT开发了模拟软件,模拟研究注入和引出相关束流动力学问题。研究结果表明,该同步加速器束流品质优、注入效率高、引出束流损失低。该同步加速器可满足航天、材料和生物等多方面研究。     

涡流板型切割磁铁半正弦波脉冲电源预制研究

预研中的上海同步辐射光源需要为其涡流板型切割磁铁提供幅度高达10kA的半正弦波脉冲电流和相对较窄的脉冲宽度（约60μs)，并且光源需要此脉冲电源具有优良的性能，尤其是输出脉冲电流幅度稳定度和调节范围。为便于维护，将脉冲电源置于电源厅内，经RG220／U高频高压同轴电缆和切割磁铁相连。本文介绍该脉冲电源的设计和研制结果。     

可编程扫描磁铁电源研制

通过对目前广泛应用于辐照加速器上的扫描磁铁电源的研究,给出了一种实时跟踪参考波形的电流型可编程扫描磁铁电源的实现方案,设计了一台输出电流峰值为7A、扫描频率为5~50 Hz连续可调、线性误差小于0.1%的电流型扫描磁铁电源。该电源输出电流稳定,同时能够防止电子束二次扫描,保护钛窗,防止因局部束流过大而损坏。电源输出线性度良好,性能稳定,已成功应用于地那米加速器中。     

上海质子治疗装置慢引出RFKO研究

分析了医用质子加速器慢引出RFKO方法的基本原理,解析了RFKO方法的振幅增长机制;分析了使束流幅度达到一定均匀性的幅度调制(AM)函数模型,导出不同RFKO踢角和引出束流的关系以及为使束流均匀引出,踢角随时间变化的关系。运用软件WinAGILE模拟初始粒子动量分布与引出束流分布的关系,tune值偏差及共振驱动六极磁铁与引出束流的关系。     

Kicker高压充电电源设计

为满足强流重离子加速器高频率束流的注入引出需求,设计了一台Kicker高压大功率充电电源。电源采用串联谐振技术,实现了开关管零电流开通关断,充电电压0～20 kV范围内可调,平均充电速度为16 kJ/s,最大输出功率为32 kW。测试结果表明:实测波形与仿真结果一致,该电源满足强流重离子加速器注入引出系统的性能要求。     

兰州重离子加速器冷却储存环主环加速过程的束流反馈

正在建设中的兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）主环用于束流的加速。在加速过程中,为了保证束流的谐振加速,须准备2个束流反馈环(相位反馈环和束流径向位置反馈环)来保证主导磁场与高频频率的同步。本文基于Laplace变换及数值计算结果，分析了束流反馈环对同步加速器中束流动力学行为的影响。     

基于CSNS壁电流探测器数据采集的定制示波器的研制

壁电流探测器是观测粒子加速器瞬时束流信息的一种重要手段。中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器中安装了两个壁电流探测器,其中一个壁电流探测器用来测量束流的微脉冲信息。本文介绍了壁电流测量系统的硬件和软件,鉴于传统示波器在垂直分辨率及存储深度等方面的局限性,提出了一种定制示波器来进行壁电流的信息读取,并利用LabVIEW编程实现了20 ms内束流信息的宏脉冲读取及微脉冲结构的分析,使用同步的环高频信息分析能得出快循环同步加速器中双束团关于相位、圈数、每圈束团形状等方面的相关信息。     

BEPCⅡ磁铁电源快速检测系统的实现

为使北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）在运行时能快速找到磁铁电源引起的加速器束流不稳定或丢束的原因,研制了磁铁电源快速检测系统。该检测系统主要采用PXI系统,其8 h稳定度达0.005%,最快可在0.33 ms内采集一遍近500套磁铁电源电流值,所有历史数据均通过TCP/IP传输并实时写入远程MySQL数据库,从而可通过数据库的数据分析比对迅速排查电源电流稳定度问题。     

大功率脉冲磁场电源系统

描述了中国环流器2号A(HL-2A)装置磁场电源系统,介绍了电源的控制系统和实验结果。磁场电源总脉冲容量近250 MVA,一次放电脉冲释能1 300 MJ,其中单套电源的最高直流电压为3510 V,最大电流为45 kA,均以脉冲方式运行,脉冲时间5 s,重复周期10 min。电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、晶闸管变流设备、硅整流器等组成。采用了硅整流器直接并联、电流平衡、恒角移相控制、整流器全关断检测、先进的监控和脉冲高压强流检测等技术措施。实验表明,磁场电源的性能指标能够满足装置实验的要求。     

The Power Supply System for HL-2A Tokamak＇s Magnetic Field

The highpower pulsed power supply system for the magnetic field of the HL-2A Tokamak is described in this paper. The total output power of its eight magnetic field power supply units of nearly 250 MW. Their highest DC output voltage and current are 3510 V and 45 kA, respectively. All the units are operated in a pulsed mode. The pulse duration is 5 s, and the cyclic period is 15 min. The power supply system consists mainly of pulsed flywheel motor generators, rectifying transformers, thyristor converters, diode rectifiers and switches. The system incorporates many key technologies-supply equalization with two generators and four diode bridges, constant-angle phase triggers with a wide frequency range, current equalization, a status detector for the high current 6-phase converter, and advanced monitoring based on a programmable logic computer and engineering parameter measurement. The experimental results show that the performance of the power supply system satisfies the requirements of HL-2A experiments very well.     

基于SOPC的核磁共振可编程脉冲源设计

研究了基于SOPC(可编程片上系统)技术的脉冲核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,以下简称NMR)设备中脉冲源的设计,充分利用了NiosⅡ软核处理器的强大处理能力以及FPGA设计的灵活性,构建了SOPC系统,阐述了系统总体设计方案,重点介绍了FPGA中可编程多脉冲产生逻辑组件的设计,给出了部分实现程序及任务逻辑仿真波形,最后在示波器上显示出清晰、稳定、质量好的多脉冲输出波形,有较高的应用价值。系统软硬件易于修改和升级,可满足不同应用场合对脉冲核磁共振中脉冲序列的各种要求。     

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500 Hz低频工作条件下,输出脉冲幅度>4.3 kV,脉冲前沿<2.8 ns,脉冲宽度<9 ns,基本达到了预期目标。     

Design and Development of a Power Supply System for NBI Test Stand of EAST

A neutral beam injector (NBI) test stand was constructed to develop a multi-megawatt prototype ion source as an auxiliary heating system on experimental advanced superconducting tokamak. A power supply system for the NBI test stand components such as a set of dc power supplies for plasma generator, a dc high voltage power supply of a tetrode accelerator, a transmission line and a surge energy suppressor. Stable arc discharges of the plasma generator with hydrogen gases for 100 s long pulse have been produced by six Langmuir probes feedback loop regulation mode to control the arc power supply. The 4 MW hydrogen ion beam of 1 s is extracted with beam energy of 80 keV and the beam current of 52 A. The dc high voltage power supply for the plasma grid of the prototype ion source was designed to contribute maximum voltage of 100 kV and current of 100 A. The high voltage power output is continuously adjustable to satisfy with plasma physics experiment in operation frequency of 10 Hz. To prevent damage of the beam source at high voltage breakdown, core snubber using deltamax soft magnetic materials have been adopted to satisfy the input energy into the accelerator from the power supply can be reduced to about 5 J in the case of breakdown at 80 kV. For the transmission line, a disc shape multi cable coaxial configuration was adopted and which the dimension of the diameter is 140 mm at the core snubber. The major issues of discharge characteristics with long pulse and beam extraction with high power for the prototype ion source were investigated on the NBI test stand.     

单片机系统脉冲γ辐射效应研究

本文以建立的EE80C196KC20型单片机运行系统为研究对象,在“强光一号”加速器上,对系统中的LM7805型电源芯片和EE80C196KC20型单片机进行了脉冲γ辐射效应实验研究,获得了单片机的闩锁阈值,得到了功耗电流、I/O输出随剂量率的变化规律,从实验上证实了电源芯片对单片机脉冲γ辐射闩锁效应的抑制作用。     

瞬态微弱信号输出稳定性分析

本文分析了在辐射探测瞬态微弱信号获取中,系统输出不稳定的原因,并通过改变放大电路中的反馈网络结构,利用频域特性,采用最佳相位补偿的方法实现微弱信号稳定放大输出。最后利用CZT探测器在低能γ射线的辐射探测系统中验证测试,实验表明,辐射脉冲信号调理系统通过增加稳定性措施后,可有效提高CZT探测器对~(241)Am源的能量分辨率。     

FPGA单粒子效应的脉冲激光试验方法研究

通过测试基于静态随机存储器（SRAM）的现场可编程门阵列（FPGA）芯片的单粒子效应,研究脉冲激光的试验方法,评估脉冲激光试验单粒子效应的有效性。研究表明,激光光斑聚焦深度和激光注量是影响脉冲激光单粒子效应试验的重要因素。试验发现,脉冲激光在较高能量时,单个激光脉冲会触发多个配置存储位发生单粒子翻转,造成芯片饱和翻转截面偏大。激光辐照芯片时,观察到芯片的内核工作电流以1～2 mA的幅度逐渐增加,在此期间器件工作正常。试验获得了Virtex 2 FPGA芯片的静态单粒子翻转截面和翻转阈值。通过对比激光与重离子的试验结果发现,二者在测试器件单粒子翻转方面基本一致,脉冲激光可有效研究芯片的单粒子效应特性。     

Measurement of the Beam Position in the Extraction System of the ILU-10 Linear Electron Accelerator

A system for measuring beam position for a ILU-10 pulsed linear electron accelerator is described. The accelerator generates an electron beam with energy up to 5 MeV. The rf generator operates at 115 MHz in the pulsed mode with pulse duration of about 500 sec and pulse repetition frequency up to 50 Hz. The average beam power can reach 60 kW. Two electrostatic sensors (pickups) are used to measure the position of the beam. The principle of operation of the measurement apparatus is based on homodyne detection of the signals from the pickups. The second harmonic of the frequency of the accelerating voltage of the accelerator power supply (230 MHz) is chosen as the working frequency. The detected signal is fed from each pickup plate into an integrator and then a ADC. The beam position is calculated on a computer. The resulting error in the beam coordinates is about 0.5 mm with a 110 mm in diameter position sensor.     

核探测器智能直流高压电源的研制

本文阐述了一种用于核探测器的新型直流高压电源的原理及性能特点，直流高压发生电路由８０３１单片机控制，具有智能化特点，可通过键盘无按时间编程输出电压；实际输出电压由ＬＥＤ数码显示，系统在单片机监视下跟踪调整，在允许电流范围内，实现输出电压不随负载变化。