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电子注入器中基于条带检测器的多束流参数测量技术研究及应用

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 束流位置测量

1.2.2 束流流强测量

1.2.3 束流横向尺寸和发射度测量

1.2.4 束流能散测量

1.3 论文主要内容和创新点

第二章 基于条带检测器多束流参数测量的理论研究

2.1 束流位置测量

2.1.1 条带电极时域频域响应

2.1.2 条带BPM理论计算公式

2.1.3 束团尺寸和位置偏移对BPM位置测量的影响

2.2 束流流强测量

2.2.1 BPM测流强原理

2.2.2 束团尺寸和位置偏移对BPM流强测量的影响

2.3 束流四极分量和发射度测量

2.3.1 BPM测发射度原理

2.3.2 条带BPM电信号提取σ2x-σ2y分量

2.3.3 束团尺寸和位置偏移对四极分量测量的影响

2.4 束流能散测量

2.4.1 条带检测器测能散

2.4.2 四轴对称八电极BESM的理论计算公式

2.4.3 两种八电极检测器的比较

第三章 条带BPM和八电极BESM的设计与计算

3.1 合肥光源重大维修改造工程

3.1.1 注入器改造计划

3.1.2 注入器束测系统改造计划

3.2 条带BPM的设计与计算

3.2.1 物理结构计算

3.2.2 阻抗匹配

3.2.3 电极耦合分析

3.2.4 分辨率

3.3 八电极BESM设计与计算

3.2.1 物理结构计算

3.2.2 阻抗匹配

3.2.3 电极耦合分析

3.2.4 分辨率

第四章 条带BPM和八电极BESM的标定

4.1 标定系统

4.2 信号获取系统

4.2.1 合肥光源对数比处理系统

4.2.2 单次通过数字束流位置处理器

4.3 条带BPM基于对数比处理系统的标定

4.3.1 位置标定结果

4.3.2 二维网格结构高斯加权

4.3.3 四极分量的标定结果

4.4 条带BPM基于Libera Brilliance Single Pass的标定

4.4.1 位置标定结果

4.4.2 四极分量的标定结果

4.4.3 和信号标定结果

4.5 八电极BESM基于Libera Brilliance Single Pass的标定

4.5.1 位置标定结果

4.5.2 四极分量标定结果

第五章 合肥光源直线加速器基于条带检测器束流测量系统的测量和应用

5.1 束流位置测量

5.1.1 测量系统构成

5.1.2 测量碰到的问题及解决方法

5.1.3 束流位置测量结果

5.1.4 位置测量误差分析

5.2 束流流强测量

5.2.1 束流变压器的定标

5.2.2 流强测量结果

5.2.3 流强测量误差分析

5.3 束流发射度测量

5.3.1 四极铁的基本数据

5.3.2 发射度测量结果

5.3.3 发射度测量误差分析

5.4 升级改造后注入器基于条带检测器束流测量系统的设计

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在攻读博士学位期间发表的论文

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摘要

作为合肥光源电子注入器的电子直线加速器和输运线,其束流运行的状态直接影响储存环电子注入的效率,从而对合肥光源储存环束流的运行和同步辐射光的品质具有重要的影响。为了能够在不影响注入的情况下,实时的测量实际注入储存环的束流的位置、发射度、流强和能散等参数,提出了基于条带检测器的注入器非拦截多参数束流测量技术的研究计划,为合肥光源直线加速器和输运线以及升级改造后的合肥光源注入器设计一系列基于条带检测器的束流位置、束流流强、束流发射度和束流能散的测量系统,成为合肥光源为用户提供高稳定高品质同步光的重要诊断装置。
   本文首先分析了利用条带检测器进行直线加速器束流位置测量、流强测量、发射度测量和能散测量的原理和方法,详细推导了利用条带束流位置检测器(BPM)和八电极束流能散检测器(BESM)的感应信号进行位置测量和提取σx2-σy2分量的差比和和对数比两种不同方法的一系列公式。同时分析了全新设计的四轴对称八电极BESM的优点与特性。
   针对合肥光源重大维修改造工程的计划和要求,详细介绍了条带BPM和八电极BESM的物理结构的设计和电极张角、半径和长度等物理参数的确定,以及电极耦合分析、分辨率等相关性能的计算。
   基于两套不同的信号获取处理系统,研制了两套离线标定系统,采用天线法分别对短条带BPM样机和试验型八电极BESM进行了标定实验,得到了电位置、四极分量、和信号等相关的拟合公式,减少了将来在线束流位置、流强、发射度和能散测量的误差。同时对购买的单次通过数字束流位置处理器LiberaBrillianceSinglePass进行了相关的验收测试。
   利用目前合肥光源直线加速器和输运线上已有的条带BPM、束流变压器、四极铁等设备和LiberaBrillianceSinglePass,完成了基于条带检测器的束流位置测量系统、流强测量系统和发射度测量系统的搭建,并进行了相关在线测量实验,得到了束流位置、流强、发射度的测量结果。最后介绍了HLS升级改造后的注入器基于条带检测器的多束流参数测量系统的设计情况。
   本课题由国家自然科学基金项目(10875117,11175173)支持。

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