上海光源真空内波荡器积分场垫补中模拟退火算法的应用

上海光源真空内波荡器(IVU-25)系我国第一台真空内波荡器,由我所设计和研制。该波荡器采用混合型磁体结构,共80个磁周期,周期长度25mm,最小工作磁间隙7mm,最大峰值磁场强度0.94T。波荡器磁块的剩磁离散性及安装机械公差等因素会引起积分场误差从而影响储存环工作状态。在波荡器积分场多极分量垫补过程中,我们用模拟退火算法优化一次积分场分布来垫补多极分量,结果表明积分场多极分量均达到设计指标。     

波荡器磁场误差对其自发辐射的影响模拟研究

波荡器由多个单磁块组成,磁块不可避免的剩磁离散性和尺寸离散性是引起波荡器磁场误差的根本原因。波荡器磁场误差将影响波荡器自发辐射谱的质量。本文给出一种新的单磁块磁场、波荡器磁场及自发辐射的模拟方法,从单磁块磁场模拟人手,使用正态分布随机数发生器产生多组不同剩磁或者不同尺寸的单磁块,再由这种方式产生的单磁块组成波荡器,然后计算自发辐射,从而研究波荡器磁场误差对自发辐射的影响。     

上海光源新型波荡器EPU200磁结构的机械设计及力学分析

跟据用户的实验要求,本项目为上海光源中产生低轴功率密度的同步辐射光设计了新型波荡器EPU200(Elliptically Polarized Undulator)。EPU200是首台拥有8排磁化块、可以产生椭圆极化辐射并降低轴功率密度的纯永磁波荡器。其8排磁排列安装在4根铝梁上,每个磁化块固定件上安装两块磁化块,其磁结构的机械结构和安装十分复杂。磁结构对波荡器的品质有很大影响,首先设计EPU200的磁结构的机械结构,根据磁化块的排列通过Radia程序计算出磁化块的最大受力,并通过ANSYS Workbench对磁结构进行力学分析,得出该结构中磁化块的位置变形量,从而验证该机械结构的可行性。     

上海软X射线装置中纯永磁移相器的积分场垫补

X射线自由电子激光(Free-electron Laser,FEL)达到饱和功率输出时所需要的波荡器总长度为数十米甚至上百米,目前国内外研制的波荡器只能分段加工,且每段长度一般在5 m以内。为了保证两相邻波荡器间辐射光的相位相互匹配,通用的设计是在相邻波荡器之间增加移相器。移相器的加入不应对电子束流产生影响,其产生的磁场沿束流方向的一二次积分必须达到技术要求。由于移相器较短,二次积分较小,可不予考虑。在不考虑永磁块非线性的基础上,导出了纯永磁移相器的磁场一次积分以及调整移相器中某些磁化块的高度和倾斜角度产生的磁场一次积分变化量的解析表达式。利用这种方法对上海软X射线自由电子激光装置中的5台移相器做积分场垫补,使得每台移相器的磁场一次积分在好场区内都小于20 Gs·cm,满足工程设计要求。     

SHINE超导波荡器磁场点测量霍尔探头位置标定

正在建设的上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility,SHINE）将利用40台周期长度为16 mm、磁长度为4 m、净气隙高度为4 mm的真空内超导波荡器,以产生垂直线极化的自由电子激光。霍尔探头磁场测量是目前测量波荡器场图最可靠的测量方法之一,而霍尔探头灵敏中心的定位精度是影响磁场测量精度的主要因素之一。本文介绍了这些超导波荡器的磁场点测量系统,以及霍尔探头灵敏中心的高精度位置标定。通过翻转安装有霍尔探头与角锥棱镜的磁测滑车,可分别标定霍尔探头灵敏中心以及角锥棱镜顶点和磁测滑车翻转轴的横向间距,从而获得霍尔探头灵敏中心彼此之间的横向距离,以及霍尔探头灵敏中心与角锥棱镜顶点之间的横向距离。该方法的标定精度好于±10μm,能满足该超导波荡器磁场测量的要求。     

多目标遗传算法在波荡器垫补中的应用

波荡器性能一般有多个指标要求,而这些指标往往是相互冲突的,因此在磁场垫补时难以对垫补量进行精确推算,导致磁场垫补耗时和低效。为解决该问题,本文将多目标遗传算法应用于波荡器磁场垫补量推算,并对波荡器U38-S磁场进行了垫补。根据波荡器磁场垫补结构建立了计算模型,并阐述了计算模型中的主要问题,给出了U38-S磁场的垫补过程。经过3次磁场垫补,U38-S的轨迹中心偏差、相位误差和峰峰值误差分别减小到0.15 mm、1°和0.49%。由于遗传算法本身具有较强的可扩展性,本文所用方法也可应用于其他类型波荡器的磁场垫补。     

多目标遗传算法在波荡器垫补中的应用

波荡器性能一般有多个指标要求,而这些指标往往是相互冲突的,因此在磁场垫补时难以对垫补量进行精确推算,导致磁场垫补耗时和低效。为解决该问题,本文将多目标遗传算法应用于波荡器磁场垫补量推算,并对波荡器U38-S磁场进行了垫补。根据波荡器磁场垫补结构建立了计算模型,并阐述了计算模型中的主要问题,给出了U38-S磁场的垫补过程。经过3次磁场垫补,U38-S的轨迹中心偏差、相位误差和峰峰值误差分别减小到0.15 mm、1°和0.49%。由于遗传算法本身具有较强的可扩展性,本文所用方法也可应用于其他类型波荡器的磁场垫补。     

混合型波振器的研究

报告了一台用于中国原子能科学研究院中红外自由电子激光研究的混合型波振器的研制情况。该波振器采用稀土永磁与纯铁混合形式。磁场气隙及磁场锥度连续可调。波振器的磁场峰值的均方根误差小于0.53％。电子轨迹偏移在0.03mm左右。文中论述了此波振器的设计、利用模拟退火法对磁块进行优化组合、电子束在波振器理想及实际磁场情况下     

SSRF波荡器EPU148动力学积分场效应磁场垫补

阐述了减少"APPLE(Advanced Planar Polarized Light Emitter)-II"型可变椭圆极化波荡器动力学积分场效应的"L-Shimming"垫补方法的原理。优化设计了上海光源"梦之线"光束线站波荡器EPU148磁场垫补方案,磁场实际测量结果和模拟计算结果基本一致,误差小于最大垫补量的10%,垫补后动力学积分场效应对束流的影响减少一个数量级。机器研究结果显示,波荡器EPU148所有工作磁气隙和所有工作相位下引起的工作点漂移小于0.001,对束流注入效率基本没有影响,证明了其动力学积分场效应垫补是成功的。     

混合型波振器的研究(英文)

报告了一台用于中国原子能科学研究院中红外自由电子激光研究的混合型波振器的研制情况。该波振器采用稀土永磁与纯铁混合形式。磁场气隙及磁场锥度连续可调。波振器的磁场峰值的均方根误差小于0.53％。电子轨迹偏移在0.03mm左右。文中论述了此波振器的设计、利用模拟退火法对磁块进行优化组合、电子束在波振器理想及实际磁场情况下的轨迹的计算,以及波振器的磁场测量技术和磁场调整等方面的问题。     

可变椭圆极化波荡器EPU10.0的传动控制

可变椭圆极化波荡器EPU10.0是一种可产生多种极化模式相干太赫兹辐射的波荡器。EPU10.0的主要特点是波荡器内的磁块分上下各两排，上下气隙固定，一对对角线永磁块排列固定，另一对可独立做纵向移动，移动重复定位精度小于0.01mm。对该波荡器的磁测结果显示：在水平线极化和圆极化模式下，磁场的两个横向分量的一、二积分分别为0.012T•cm和0.7T•cm²，达到了设计指标。     

精确测量波荡器磁场的伸展线磁测系统

为了准确测量上海同步辐射装置(SSRF)上的波荡器,研制了一套一次场积分、二次场积分和多极场分量的磁场测量系统,该系统具有测量快速、准确、不受空间限制等特点,尤其在测量小间隙波荡器方面具有Flipping coil不可替代的优势.结果显示,该系统的一次场积分测量精度好于1.2 Gs·cm,二次场积分测量精度好于150 Gs·cm2.     

SSRF波荡器的渡越辐射特性研究

通过解析分析和数值模拟计算,对上海同步辐射装置(SSRF)波荡器U9.0在红外及远红外波段(波长范围8200μm)的渡越辐射谱通量密度角分布、亮度等特性进行了研究,并探讨了电子束发射度、能量散度及波荡器磁场误差对渡越辐射谱亮度的影响。结果表明,SSRF U9.0的红外及远红外渡越辐射通量密度最高可达351013Photons/(smrad2BW),收集角φ=0.23mrad,且通量密度随电子上的发射度、能散和波荡器磁场误差等的变化很小。     

脉冲线测量波荡器磁场的研究

介绍脉冲线测量波荡器磁场一、二次积分分布的原理和一套较高精度的脉冲线测量系统的研制，分析了传感器、实验环境、线的张力和波的反射性等因素对测量精度的影响。该系统对5周期波荡器模型的磁场测量结果与高精度Hall探头测量值作了比较，结果满意。     

三维高精度霍尔探头的位置和角度标定

三维霍尔探头是测量空间三维磁场的重要手段,然而,三个探头位置间存在的空间距离以及不严格正交产生的角度偏差,会影响磁场测量的准确性。本文介绍上海光源(SSRF)使用楔形块磁铁做三探头间相对位置的标定以及使用APPLE-II结构的可变椭圆极化波荡器产生各种不同分布的周期性三维磁场,为三维霍尔探头的角度标定提供了方便,从而保证了测量结果的可靠性。     

基于拉伸线法的振荡器型THz-FEL波荡器积分场测量

为精确、快速测量波荡器磁场积分,研制了一套基于拉伸线法的测磁系统。该系统采用Agilent 3458A八位半数字万用表实现微电压信号采集,使用Kohzu高精度位移平台实现拉伸线的精确同步移动,测量软件平台采用Lab VIEW实现。使用测磁系统在一台7周期混合永磁型波荡器样机上进行了测量实验,结果同霍尔探头点测吻合,一次积分和二次积分的重复测量精度分别优于2.5?10?6 T·m和2.5?10?6 T·m2。该系统将用于华中科技大学在研的一套紧凑型THz波段自由电子激光装置中波荡器磁场测量。     

退磁场对穆斯堡尔谱形的影响

对于一些铁磁物质,原子磁矩的排列会使界面处产生未抵消的磁极,在其内部产生退磁场。当样品宏观未被磁化时,由于磁畴混乱取向,退磁场影响相互抵消。当外加磁场Hex时,磁畴按一定顺序排列,退磁场影响就比较明显。这时作用于穆斯堡尔原子核的有效磁场为     

PSD位置测量系统在波荡器磁场测量中的应用

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种基于横向光电效应(x和y方向)的光电位置敏感器件,可直接探测到入射光斑的能量中心位置,在波荡器磁测中可用于获得霍尔探头测量过程中的横向位置变化。为了在狭小或封闭空间内实现对波荡器(尤其是真空内波荡器)磁场进行高精度的测量,我们设计并搭建了测试系统,对导轨直线度(x和y方向)进行了测量。实验结果表明,该位置测量系统具有5μm的测量精度,可以满足霍尔探头在波荡器磁测过程中的位置精度要求。     

SrFe_(12)O_(19)的穆斯堡尔效应研究

本文通过穆斯堡尔效应研究了磁场成型、轧压成型等不同工艺和温度对SrFe_(12)O_(19)微结构的影响。实验结果表明:前一种工艺制备的样品,其饱和磁矩σ_s和居里温度Tc均稍高于后一种。在77K和300K时,它们的σ_s分别为93.0、91.5和67.0、64.0(Gscm~3/g)。Tc分别为740K和735K。穆斯堡尔谱表明,这两种工艺对Fe~(3 )离子的磁矩取向有明显的影响,但超精细场大小基本不变。由计算机拟合得到的磁矩取向与易磁化方向的平均夹     

边缘磁场优化的解析-数值综合方法

文章讨论了边缘磁场优化的准则,介绍了实现优化的解析-数值综合方法。其中解析部分采用均匀磁化法计算修正边缘磁场的垫片对场的贡献;数值部分采用任意三角形网格剖分下的有限差分和超松弛迭代方法求解矢量位A来完成整个场分布的计算。利用上述方法完成了一台大型电磁同位素分离器边缘磁场的优化。