光束线站EPICS数据采集系统研究

上海光源光束线控制系统采用标准软硬件平台开发完成.为实现XBPM测量及电离室等探测器要求的运动控制与信号采集的联动集成,本文用Hytec公司的ADC/DAC模块建立一套VME/IOC的EPICS数据采集系统.经光束线在线测试,该系统完全可应用在XBPM同步光位置诊断、单色器能量控制与探测器信号同步采集等相关用户实验中.     

上海光源光束位置探测系统的标定

介绍了上海光源(SSRF)刀片型X射线光束位置探测器(XBPM)的结构和原理,对XBPM系统标定进行了理论分析并给出了标定的实测结果,对结果进行最小二乘法拟合,求出标定比例系数.讨论了线性区间和测量精度的选取问题,在保证XBPM系统测量精度要求10 (m的前提下,适当选取线性范围±500 μm,标定误差可达到3.3 μm,光束绝对位置定位误差约为11 μm,光束相对位置测量误差约3 μm.     

上海光源XBPM自动量程I-V转换器的研制

上海光源XBPM自动量程I/V转换器主要用于光束线的刀片式探测器和丝扫描探测器的信号读出,所需测量的电流动态范围大,从pA到mA量级的跨度;工作环境中有较多驱动电机的信号干扰,需要进行抗干扰和低噪声设计,以提高设备的信噪比,保证测量数据的精度和稳定度。论文给出了电路和相关程序设计,以及自动量程I/V转换器的测试结果。     

丝扫描探测器测量同步辐射X光的位置和尺寸

丝扫描探测器可用于同步辐射光束线站光束位置和光斑大小的测量,论文简述了该探测器的结构和设计中的注意事项,同时给出了不同的数据处理方法对探测器测量结果的影响效果;可指导设计不同要求的丝扫描探测器,其测量精度最高能达到10μm。论文还介绍了丝扫描探测器的拓展应用,以及此类探测器在上海光源光束线上的使用情况,所设计的丝扫描探测器全部满足了各条光束线站的测量要求;并进一步提出了开展此类探测器研究的内容及其作用。     

同步辐射区光束线位置测量系统的控制和数据获取

介绍了上海同步辐射光源的X射线光束位置测量系统的控制和数据获取,具体描述了位置测量系统的控制和数据获取的总体设计、原理和软件系统,以及在上海同步辐射光源(SSRF)光束线线站的应用。     

穿透型金刚石X射线位置灵敏探测器及其在同步辐射光束线上的应用

X射线位置灵敏探测器是同步辐射光束线上不可缺少的重要部件,由它所提供的光束位置和强度的实时数据是监测光束线运行状态的重要依据。为适应对高亮度同步辐射光束的测量需要,我们成功地研制了一套穿透型金刚石位置灵敏探测器,并在上海光源生物大分子结构晶体学束线(BL17U1)上对其性能进行了测定。测量数据表明,在整块探测器(2.5 mm×2.5 mm)上均具有极好的线性响应,探测器的信/噪比(S/N)5×103,位置分辨能力为s=(136±11)nm,光强强度的测量精度和线性度均0.1%,能满足第三代同步辐射和第四代光源(自由电子激光)束线上对光强、光斑位置及其运动轨迹的监测需求,是束线诊断的重要设备。     

基于PSD的X射线光束位置探测器设计

位置灵敏探测器(Position sensitive device,PSD)是一种利用光电二极管表面电阻的光电子位置传感器,具有高速度、高分辨率、可靠性好等优点。本文描述了将PSD用于X射线条件性能测试的结果,给出了基于PSD的X射线光束位置探测器(X-ray beam position monitor,XBPM)的一个具体设计方案,并进行了相应估算,初步表明了其可行性。     

基于EPICS/MATLAB图像处理的光束位置测量系统

介绍了利用光学方法对上海同步辐射光源X射线光束位置进行实时测量以及对光斑图像进行动态分析的硬件结构和软件系统的设计方法。阐述了系统软件的功能,描述了图像面积、中心点位置等参数测量的方法,以及测量系统在上海同步辐射光源(SSRF)光束线线站上的应用结果。     

小型位置灵敏电离室的设计

随着同步辐射的飞速发展,光源的性能有了很大的提高,对同步辐射光束不稳定性的监测也提出了更高的要求。设计了一台具有位置测量功能的气体探测器—一维位置灵敏电离室,可用于同步辐射X射线光束线站在线监测光束的位置与强度变化,以改善实验结果。详细介绍了该电离室的设计原理和参数设计,并进行了讨论。     

上海光源超小夹角Canted前端设计

能源材料光束线站是上海光源首条软、硬X射线相结合的合支光束线站,两个插入件光源采用Canted模式,光束夹角仅为2 mrad。前端内放置偏转镜箱,软线经过偏转镜后光束偏转2.4°,软、硬线交叉之后分开。该前端要承担高达7.81 kW的热负载,而且在前端内部两条光束共用设备。为了实现实验站对两条光束的独立控制,前端的设备结构与一般插入件前端设备不同,需要采用全新的结构,与其它只有一个通光孔径的插入件前端关键设备相比,此前端关键设备设计有两个通光孔径。目前,该前端已经安装完成,并且结构和布局完全满足光束线站的技术要求。     

YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用

荧光靶探测器是同步辐射光源光束位置定位的重要设备之一,本文在96 500 eV软X射线内对CVD金刚石薄片和Ce:YAG晶体薄片进行光致发光亮度的测试,观察到Ce:YAG在该能量段的发光亮度比金刚石高,完成了上海光源软X射线荧光靶探测器靶材的实验研究与探测器的设计;同时给出了YAG晶体荧光靶探测器在线使用时观察到的相干光的衍射图像。     

上海光源光束线站BL18U轫致辐射剂量的计算与测量

轫致辐射是第三代先进同步辐射光源光束线站辐射屏蔽的重点。上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)是国际上正在运行的第三代先进同步辐射光源之一。上海光源蛋白质微晶结构光束线(BL18U)线站是正在试运行中的光束线站。本文采用FLUKA软件模拟计算了蛋白质微晶结构光束线(BL18U)线站因轫致辐射的散射和光中子引起的辐射剂量率分布。分析了因狭缝开孔尺寸、储存环内流强的变化所引起的辐射剂量变化。用高灵敏度的光子和中子探测器测量了BL18U光学棚屋外的光子和光中子剂量率。测量结果表明模拟计算的可靠性。本研究采用的模拟和测量方法可用于其它线站的辐射剂量水平评估,并为上海光源后续线站的屏蔽设计提供参考。     

上海光源单色光荧光靶的升级改造

光束位置探测器是同步辐射装置上的"眼睛",其中荧光靶探测器是最为直观和方便使用的一种,对于光束线的调试有着重要的作用。论文对上海光源一期研制的单色光荧光靶探测器在使用过程中存在的问题,进行了较为全面的分析总结,提出了新的设计方案,改进了单色光荧光靶的结构,压缩了该装置的体积,并且采用YAG晶体做荧光靶材,提高了探测灵敏度。改造后的单色光荧光靶探测器已经成功使用在蛋白设施五线六站新的光束线站上,取得了良好的效果。     

利用光强反馈提高上海光源BL15U线站光束位置的稳定性

上海光源(SSRF)硬X射线微聚焦线站(BL15U)利用光强反馈的方法提高了光束位置的稳定性。反馈控制系统由光束线光强探测器和双晶单色器第二晶体的投角(pitch2)微调机构组成,通过调节pitch_2,使光强达到并保持在最大值,消除由单色器双晶、平行度变化造成的光束位置不稳定。实验结果表明,加入反馈后显著抑制了频率10 Hz以下的垂直方向光束位置晃动,将能量扫描时光束位置的稳定性提高了5倍以上。采用反馈系统后,样品台处光斑垂直方向的不稳定性得到显著控制,达到预期效果。     

超环面镜对同步辐射硬X光束空间相干性的影响

首先建立上海同步辐射装置波荡器光源(硬X射线微聚焦光束线站)的面光源高斯-谢尔模型(GSM),其次由高斯-谢尔光源模型与广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出部分相干光束交叉谱密度函数在自由空间的传输规律,进而讨论了同步辐射光束空间相干性在自由空间的传输规律。最后,提出了等效光源假设理论,并用该理论研究了上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U光束线站)超环面镜对同步辐射光束空间相干性的影响。将该理论计算结果与实验结果进行了比较,结果表明理论与实验符合较好,证明等效光源假设理论有效。由于等效光源假设理论只涉及到入射光束与出射光束的发散角,所以可扩展到其他束线光学元件。     

一种双楔片型同步辐射光束位置监测器的物理设计

对同步辐射光源不稳定性的监测一直是北京同步辐射装置（BSRF）在运行中急需的技术手段。随着北京正负电子对撞机升级改造工程的不断推进,光源的性能得到了很大提高,对光源不稳定性的监测也提出了更高的要求。一种双楔片型的同步辐射光束位置探测器在北京同步辐射装置上得到发展,并在前端区安装和使用。它可以有效监测同步光束位置的10μm级的变化,为降低光源不稳定性、提高数据质量提供了依据。本文详细描述了双楔片型同步辐射光束位置监测器的设计原理、参数优化以及误差分析,并介绍了这种监测器在BSRF的应用情况。     

上海光源Canted光束线安全联锁系统设计

上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)光束线站安全联锁系统的目的是在光束线站运行期间,一旦出现紧急情况,安全联锁系统会及时关闭活动光子挡光器或通知储存环控制系统剔除电子束流,以保障实验人员的人身安全及光束线站的设备安全。在SSRF第一条Canted光束线安全联锁系统设计过程中,通过分析Canted光束线与常规插入件光束线在布局与安全联锁要求方面的区别,实现了Canted前端的设备联锁控制要求,并提出了利用束线仲裁信号实现两条光束线和谐相处的设计方法,最终完成了两条光束线的安全联锁系统的安装调试及其验收。Canted光束线安全联锁系统自2013年7月投入试运行以来运行正常,为光束线和实验站的正常调试提供了保障。     

SSRF活动光子挡光器的模拟与实验结果比较

介绍了上海光源插入件光束线前端区高热负载元件活动光子挡光器热缓释设计的数值模拟和实验结果.数值模拟与实验测量结果在10℃的误差范围内一致,且数值模拟结果都高于测量值.测量结果证明了挡光器热缓释设计中采用的数值模拟方法在直接冷却高热负载部件的应用中的可靠性和安全性.     

NSRL-Wiggler光源的稳定性监测

介绍了十字斜扫描两维探测器的工作原理和基本构造,两根相互垂直的钨丝倾斜扫描同步辐射光束,一维运动同时得到垂直和水平的两维光电流密度分布,直接读出束斑中心位置坐标.并利用该探测器对国家同步辐射实验室同步辐射光源的扭摆器光源进行在线监测,得到了光电流密度分布曲线、束斑中心坐标、光束位置随辐射衰减和不同注入发生改变等一系列实测数据,为分析光源的稳定性能、校正束团轨道和准直光束线上的光学元件提供依据.     

基于NSGA-Ⅱ的晶体学光束线多目标自动优化

由光束线状态决定的光束质量很大程度上影响着生物大分子晶体学的实验结果,目前上海光源晶体学线站的调光工作是由线站工作人员手动完成,费时费力。上海光源衍射线站采用差分进化算法实现了光束线样品点处光通量的单目标自动优化,但该方案仍然存在一定的局限性。为了进一步完善光束线自动优化方案和提高实验用户的束线机时使用效率,使用Python语言设计开发了基于带精英策略的非支配排序的遗传算法(Non Dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的多目标优化程序,实现了线站调光自动化技术升级。将该技术应用于上海光源BL10U2线站,以其次级光源点的光束位置和光通量为优化目标,可获得Pareto最优解集,并能从解集中根据实验需要自主选取合适的解。测试结果表明:相较于上海光源已有的自动优化方案,该多目标自动优化程序保证了光束线光束位置和光通量优化在30 min以内完成,进一步提高光束线自动优化效率和水平。