中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究

束团长度是中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。     

中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究

束团长度是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。     

合肥光源谐波法束团长度测量系统研制

同步辐射光与束流信号具有相同的时间结构,测量同步辐射光并基于频域的信号处理方法可得到束团的长度。基于该原理,研制了采用谐波法测量束团长度的系统。该系统用高速光电接收器将同步光转换为电信号,然后采集该信号的四路频率分量,计算得到束团长度。阐述了该系统的软硬件设计,并应用该系统测量了束团长度随流强的变化规律,与条纹相机的测量结果相吻合。     

用20GHz数字取样示波器测量束团长度

介绍了采用２０ＧＨｚ数字取样示波器在合肥８００ＭｅＶ电子储存环中测量束团长度的方法和原理。给出了束团长度及其伸长效应的测量结果。在流强为２－１２４ｍＡ情况下，实测束团长度为３．８０－１０．３３ｃｍ；流强大于１５ｍＡ，束团伸长效应明显。     

SDUV-FEL装置上利用电光频谱解码法测量束团长度实验设计与仿真

电子束团纵向长度是束流诊断中的重要参数,电光频谱解码法(Electro-Optical Spectral Decoding,EOSD)是为数不多的可进行单发测量的高时间分辨率测量方法。本文基于上海深紫外自由电子激光装置(Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser,SDUV-FEL)设计了一套电光频谱解码法测量束团长度实验方案。通过采用针尖粗同步和可调的光栅展宽器可实现长度在1-10 ps内变化的束团无损测量。通过对电光调制过程及其后探测的仿真研究表明,选用0.5 mm厚的Zn Te晶体在距离束流中心3-5 mm处测量时,时间分辨率最高可达180 fs(Root Mean Square,RMS),信号展宽在3%以内,测量的电场形状无可观测畸变,满足SDUV-FEL的实验需求。     

NSRL注入器束团长度测量系统初步设计

合肥光源注入器升级改造接近完成。为了更好地分析其束流品质,为储存环提供更高品质的束流,针对合肥光源设计了一套利用横向偏转腔(Transverse Deflecting Structure,TDS)测量分析束流纵向品质的系统。利用TDS分析束流纵向品质精度高,功能多样,优势明显。本文TDS采用外围开槽盘荷波导结构,给出了该结构具体尺寸及相关参数计算,并对计算结果做了简要分析处理。根据该结构在注入器的安装位置,对束团长度测量系统进行了物理设计,并分别使用MATLAB程序和PARMELA模拟了束团通过该结构的状态分布,得到了符合预期的纵向束团长度测量结果。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

CSR ns级重离子束动力学研究

采用束团在纵向相空间快速旋转的非绝热压缩方法研究了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上获取高能ns量级短脉冲重离子束的可行性,利用K-V包络方程对能量为250MeV/u、初始纵向束团长度为200ns、初始动量分散为5×10-4的238U72+离子束团的非绝热压缩过程进行了束流动力学模拟,给出了在束团压缩过程中束流相关参数的变化。结果表明,在CSR上可取得最短为16ns长度的238U72+离子束团,可满足用于高能量密度物理研究的50ns束团长度的要求。     

加速器束团长度测量

随着技术的不断发展,近年来出现了多种加速器束团长度的测量方法,主要有条纹相机测量、迈克尔逊干涉仪测量、电光晶体测量、耦合束流频谱测量等。本文综合介绍了这些方法,并指出各种方法都有自己的优缺点及适用范围。目前国际上各大型加速器实验室普遍采用的是条纹相机测量方法,对于自由电子激光等超短束团一般都是采用光学技术、频域方法测量,有些测量法的分辨率可达到飞秒级,提供了具有更高空间分辨率、更高时间分辨率的强有力研究手段。     

基于BEPC Ⅱ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8 MHz、强度-10 dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示：逐圈位置分辨达2.96 μm,快响应位置分辨达0.65 μm,闭轨位置分辨达0.33 μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。     

数字快成形算法用于慢衰减闪烁体的高计数率能谱读出

慢衰减型闪烁体(NaI(Tl)、CsI(Tl)等)探测器经过前放输出的脉冲信号具有较长的上升时间,造成电荷在收集的过程中出现严重的弹道亏损。在后续脉冲成形中为了降低弹道亏损对能量分辨率的影响,一般采用较宽的成形平顶来增加电荷的收集时间。但在高辐射粒子注量率的场合下,由于慢衰减型闪烁体输出的脉冲堆积严重,采用传统的滤波成形方式获得的脉冲计数率和能量分辨率明显降低。为解决此问题,本文提出了一种以数字反褶积为核心的数字快成形算法。该算法可去掉慢衰减型闪烁体探测系统的衰减电流拖尾,获得一理想的冲激脉冲电流,然后再通过滤波成形为一窄脉冲,并彻底消除弹道亏损的影响。通过对~(137) Csγ源测量,使用传统成形算法的能谱测量系统在成形时间为1.5μs时,其光电峰能量分辨率为6.99%,计数率为68 000s~(-1);而使用数字快成形系统,在相同情况下获得6.37%的能量分辨率,计数率可达102 000s~(-1)。因此数字快成形算法可有效地修复在高辐射粒子注量率下,窄脉冲成形引起的信号变形和拖尾,从而提高了脉冲堆积甄别能力。     

核信号数值仿真方法的研究及应用

提出并建立了一种数值仿真方法,通过计算机模拟,生成各种数字化核信号波形,以此作为工具开展核信号数字处理方法的研究.通过准高斯滤波、梯形滤波和匹配滤波算法对数字核信号处理结果的研究与比较表明,提出的方法是准确而可行的.     

一个雷达中频信号数字复解调系统的实现

在阐述数字复解词原理的基础上实现了一个基于专用芯片的数字复解词测试系统。对比模拟复解调，说明数字复解调的优越性以及它们的应用和发展前景。     

基于示波器的数字化能谱仪构建

针对正电子寿命测量中能量窗口调节较为繁琐的特点,论文基于高分辨数字示波器LeCroy HDO6104和PC,使用MATLAB软件搭建了数字化能谱测量系统,可对BaF_2探测器阳极输出信号进行实时处理和分析。通过对比最大脉冲幅度、曲线拟合与波形面积等方法,选出了最佳的能谱测量方法,实现了数字化的~(22)Na能谱测量及能量窗口调节功能。     

TC-SCAN集装箱检测系统图像检查软件的升级设计

介绍了近几年TC-SCAN集装箱检测系统图像处理技术的新进展和图像处理软件的升级设计，升级后的图像处理软件已经在各口岸投入使用，取得很好的效果。     

大体积NaI(Tl)数字式车载γ能谱仪的研制

车载γ能谱仪主要应用于区域放射性核素活度测量、放射源搜索及核污染检测,而数字化技术是提高车载γ能谱仪灵敏度与快速响应的有效方法。本文研制了可支持1～5个4 L大体积NaI(Tl)的数字式车载γ能谱仪系统。该系统采用数字核脉冲处理技术独立获取多个NaI（Tl）晶体的能谱,并通过无线WiFi、快速以太网、RS232等3种方式发送谱线数据给军用计算机。本系统在计算机上实现了实时核素识别、数字成图、色差能谱显示、ROI监控、数据回放等功能。结果表明,本系统采用数字技术后提升了车载γ能谱仪的能量分辨率、低能射线识别度和能量线性度,且具备更加稳定精确的数字稳谱效果。该系统不仅可用于放射性资源勘查,也可用于快速核应急、核污染检测、放射源搜索等。     

基于数字信号处理器的数字式控制插卡

研制了用于加速器射频低电平系统的数字信号处理器(DSP)控制卡。该插卡使用两个数字信号处理器,实现了3路PID(比例-积分-微分)调整、在线参数整定等功能。与传统模拟控制相比,数字控制方式具有较高的灵活性,降低了100MeV加速器射频系统,特别是射频低电平系统开发的复杂程度。控制器输入级使用采样率为500kHz的18位高精度高速AD转换器,经测量,控制带宽高于20kHz。此数字控制器已用于100MeV加速器低电平控制系统试验原型。经测试,控制器增益及零点在控制器带宽内全程可调。     

数字电源控制模块的设计

为加速器高精度磁铁稳流电源设计了数字电源控制模块DPSCM,以硬开关拓扑结构的磁铁电源作为被控对象,实现电源的全数字化控制。DPSCM以现场可编程门阵列FPGA为控制部件,实现对高精度ADC和DAC的控制,由数字调节器产生高精度数字脉宽调制信号,并实现电源的逻辑控制和联锁保护功能。通过模拟负载测试了DPSCM的基本功能,并在数字电源样机上测试了DPSCM长期运行的可靠性及稳定性,样机电源连续运行72h,电流稳定度优于5×10^-5。     

基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现

BEPCⅡ加速器的束流位置测量系统（BPM）模拟电子学经过十余年的运行逐渐老化,故障率上升,亟需进行升级改造。本文根据该需求,自行设计了基于BEPCⅡ系统参数的数字BPM电子学系统,内容包括模拟信号处理电子学、数字信号处理电子学、BPM固件算法逻辑、数据获取软件以及系统测试等多个部分。设计的数字BPM电子学系统经实验板级性能测试、实验室系统测试以及在线束流测试,结果表明该系统能满足BEPCⅡ装置对束流位置测量的需求。