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。     

EicC束团缺失时的束束效应研究

EicC（the highly polarized electronion collider in China）是由中国科学院近代物理研究所提出的极化电子-离子对撞机装置。在电子-质子对撞模式中,EicC的电子环（eRing）内有256个电子束团,质子环（pRing）内有448个质子束团。由于两个环内的束团数不同,当束流中的束团出现缺失时,束团缺失带来的影响会通过束束相互作用传递给多个电子与质子束团,进而可能会使束流不稳定。为研究束团缺失对束流稳定性的影响,本文使用束束相互作用模拟程序AthenaGPU进行了自洽的模拟研究。模拟结果显示,缺失电子束团不会使束流出现相干不稳定,但缺失一定数目的质子束团时会引起偶极或四极不稳定,且使对撞亮度迅速衰减。调节名义工作点后可使束流避开共振区,不再出现偶极或四极不稳定。     

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。     

合肥光源的新高频腔阻抗谱计算

用电磁场计算软件MAFIA，在时域和频域两种情况下，对高频腔的耦合阻抗及电子束在此结构中产生的尾场进行了计算。结果表明，新高频腔里存在较强的高次模，需要采取措施加以抑制。     

高能同步辐射光源中的耦合阻抗及束流集体效应研究

在高能同步辐射光源（HEPS）的储存环中,由于真空盒尺寸较小、束团中电子密度较大,全环耦合阻抗将显著增加,束流集体效应成为限制机器性能的重要因素。本文基于解析理论和数值模拟程序对HEPS储存环耦合阻抗进行了逐元件建模,并对环中可能发生的束流集体效应进行了系统评估。建立了合理的阻抗模型,给出了不稳定性阈值和增长时间,并对关键的不稳定性问题提出有效的抑制措施。     

束流变压器的基线漂移效应研究

束流变压器（BCT）在频域表现为带通特性,其低频截止特性会引起基线漂移现象,本文使用高通滤波器模型对低频截止特性对单束团和连续束团的影响进行了分析。采用基线操纵和一次谐波算法两种方法进行了基线修复,使BCT测量高重复频率连续束团的相对误差由20%下降至3%以内。     

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。     

武汉光源一期工程加速器系统

武汉光源一期工程计划建造一台第4代同步辐射装置,由1台1.5 GeV的低能量储存环和1台全能量直线注入器组成。储存环设计周长180 m,由8个标准混合型的7BA磁聚焦结构单元周期组成,能够储存500 mA的1.5 GeV电子。储存环自然发射度优化至222.8 pm·rad,可达到软X射线的衍射极限。为了满足用户对硬X射线的需求,每个标准单元的中心处安装了1台3-5 T的超强二极铁。同时为了提高因发射度减小造成的低寿命和动力学孔径过小造成的注入困难等问题,储存环的设计中还使用了三次谐波腔用于束团拉伸以及替换式注入系统等措施。全能量直线加速器位于储存环地下6 m处,采用S波段加速结构。本文将对武汉光源一期工程加速器系统进行更加详细的介绍。     

基于示波器嵌入式IOC技术的逐束团位置监测系统研制

为研究尾场引起的束团不稳定性,本工作开发了基于高速宽带示波器嵌入式IOC的逐束团位置测量系统。该系统通过直接获取加速器储存环中钮扣型电极的原始束流信号,进行在线计算独立的水平和垂直方向的逐束团位置。介绍了此系统的需求分析、硬件结构以及嵌入式IOC软件结构。利用在上海光源储存环上获取的逐束团位置数据,对系统性能进行了评估。实验显示,不同束团感应到的工作点及横向振荡振幅与束团编号间的依赖关系,结果证明该系统是一个有效的机器研究工具。     

基于相干渡越辐射的束团长度测量研究

电子束团长度是束流诊断中的重要参数,基于相干渡越辐射(Coherent Transition Radiation,CTR)的测量方法是一种简单易行的高时间分辨率测量方法。本文调研并分析了不同电子束团长度测量方法的优缺点,选择基于CTR方法作为主要研究方向,主要针对上海深紫外自由电子激光实验装置(Shanghai Deep Ultra-Violet Free Electron Laser,SDUV-FEL)和X射线自由电子激光试验装置(Shanghai X-ray Free Electron Laser,SXFEL)进行了实验方案设计和模拟分析。结果表明,通过合理的参数选择和方案优化,用该方法可对飞秒至皮秒范围内的束团长度进行测量,时间分辨率能到达飞秒量级,满足SDUV-FEL的实验需求和SXFEL的工程需求。     

Initial test results of an ionization chamber shower detector for a LHC luminosity monitor

A novel segmented multigap pressurized gas ionization chamber is being developed for optimization of the luminosity of the Large Hadron Collider (LHC). The ionization chambers are to be installed in the front quadrupole and 0/spl deg/ neutral particle absorbers in the high luminosity interaction regions (IRs) and sample the energy deposited near the maxima of the hadronic/electromagnetic showers in these absorbers. The ionization chambers are instrumented with low noise, fast pulse-shaping electronics to be capable of resolving individual bunch crossings at 40 MHz. In this paper, we report the initial results of our second test of this instrumentation in a super proton synchrotron (SPS) external proton beam. Single 300 GeV protons are used to simulate the hadronic/electromagnetic showers produced by the forward collision products from the interaction regions of the LHC. The capability of instrumentation to measure the luminosity of individual bunches in a 40 MHz bunch train is demonstrated.     

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。     

Space Charge De-Bunching in Charged-Particle Beams

One of the factors influencing the properties of a pulsed beam is the growth of the charge bunches due to space charge forces. The growth along the direction of motion of the bunch degrades the time-structure of the pulsed beam and the growth transverse to the direction of motion de-focuses the beam. Although the space charge effect is only important at high current densities, it must be considered a limiting factor in any pulsed beam system. A general method of obtaining the field in the bunch to second order in v/c was developed. From this the motion of charges in the bunch was obtained by numerical integration for the case of a Gaussian distribution of space charge under the assumption that the charge distribution remains Gaussian. Solutions are presented in a dimensionless, graphical form which can easily be scaled for a particular problem.     

束流位置探头用于束团电荷量测量的数值仿真研究

加速器常用的束流位置探头为电磁耦合型,其输出信号包括束流位置信息和束团电荷量信息.本文采用数值仿真方法研究探头电极和信号与束流位置之间的关系,基于Matlab开发一个用于仿真计算探头电荷量标定系数的软件包.对上海光源储存环束流位置探头的仿真结果表明,探头流强标定系数在2.5 mm半径内差值小于千分之二,在此精度范围内可认为流强标定系数为常数.     

壁电流探测器在中国散裂中子源快循环同步加速器调束中的应用

快循环同步加速器（RCS）是中国散裂中子源（CSNS）的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80 MeV,剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6 GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器（WCM）感应得到束流的强度信息,环高频与环主二极磁铁的失配会导致束流的实际振荡偏离理论预测。本文通过对WCM的数据进行分析得到了纵向工作点、束流的实际振荡频率、束团的电荷量、束团的形状变化等信息,方便了加速器的调束,并对参数测量中的测量误差进行了分析。     

Characteristics of coherent diffraction terahertz radiation at SDUV-FEL

1IntroductionTheterahertzradiationregimeoftheelectro-magneticwavespectrumisnotwellcoveredbyin-tensesourcesexceptforfewFELfacilities.Abright-nessfarexceedingthatfromablackbodyorsynchro-tronradiationsourcecanbeprovidedbyutilizingfemtosecondelectronbunches.Itcanbeusedforbasicandappliedresearchinmanyfields,suchasmaterialscience,high-Tcmaterials,polymerdynamicsandstructure,biologicalmolecules,phononandsurfacephysics,metrologystandards,etc.[1]Coherentdiffractionradiationisgeneratedbyrelativisticfe…     

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。     

Development of the bunch-by-bunch beam position acquisition system based on BEEcube

In this paper, we report the development of a bunch-by-bunch beam position acquisition system.Through a wideband synthesizer of PLL, the system realizes synchronous clock of bunch signal. Based on the highperformance FPGA hardware DAQ environment, fourchannel raw data of beam signal can be achieved. Test results in the SSRF storage ring show that the system can obtain beam position of single bunch with the resolution of10 lm and multi-bunch instability can be observed.     

兰州高能电子成像实验平台电子束团长度测量研究

为提高高能电子成像的时间和空间分辨率,实验需低能散、低发射度、短脉冲的高品质束流。本文利用相干渡越辐射能谱分析法测量基于热阴极微波电子枪的高能电子成像用直线加速器的电子束团长度。通过用迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射能谱,利用自相关曲线拟合法得到电子束团长度。实验结果表明,当束流宏脉冲峰值强度约为24 mA,即电荷量约为15 pC时,电子束团均方根长度约为0723 5 ps。另外,用Kramers Kronig(K K)相位分析法可重建一种可能的电子束团纵向分布。电子束团长度测量的研究可优化束流品质,对后续高能电子成像实验有重要的参考意义。