一、合肥光源的工作点测量系统(论文文献综述)
唐雷雷,卢平,孙葆根,周泽然,吴睿喆[1](2021)在《合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断》文中研究指明为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源(HLS-II)上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分(Temporal Difference, TD)法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。
周逸媚[2](2020)在《储存环逐束团三维位置测量技术研究》文中认为上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)是我国现已建成并投入运行的唯一一台高性能第三代同步辐射光源,其主体由三台电子加速器构成:150 MeV直线加速器、3.5 GeV增强器以及3.5 GeV电子储存环。电子储存环中运行的束流通常由多个独立的束团组成,传统的束流诊断系统测量的是多束团的平均参数(例如全环闭轨、逐圈平均横向位置、逐圈平均相位等),获得的是所有束团的共性行为信息,能够满足一般的调束及运行需求。如想进一步优化光源运行性能,需要对每一个束团的个性行为进行监测分析,如能实现高精度的逐束团横向位置和纵向相位测量,既可以对加速器运行状态实行更好地监控,同时也可以研究束流不稳定性。另一方面,储存环的注入过程是一个特殊瞬态过程,如能定量观测分析注入后各束团三维位置随时间的演化,有利于评估注入器与储存环的匹配程度,优化注入性能。因此,高精度逐束团三维位置诊断技术是提升现有装置性能,建造下一代同步辐射光源需要提前研究的关键技术问题。论文探讨了整个逐束团三维位置测量系统的搭建过程,主要内容包括束流信号的拾取,信号采集系统以及数据处理等模块。为了实现逐束团三维位置的高精度测量和在线监测两个目标,上海光源提出了两套系统方案:基于高采样率示波器的逐束团三维位置测量和基于高速采集板卡逐束团三维位置测量。主要研究内容包括:1、逐束团横向位置信息的获取,针对两个系统分别采用示波器峰值点附近插值拟合和数据采集板卡直接RF采样两种方法来获取各纽扣电极信号的幅度值,最终根据差比和法计算横向位置。2、逐束团纵向相位信息的获取,针对两个系统分别提出了两种测量方法:相关函数法和纵向差比和查表法。相关函数法主要是利用高采样示波器的全部采样点,通过与各束团响应函数建立的查找表进行模式匹配找出最佳匹配相位,再叠加初始相位和平衡相位,可认为是一种近似的绝对相位测量。该方法响应函数的构建采用等效采样的波形重建技术获得。纵向差比和查表法主要是通过数据采集板卡采集过零点附近的两个点,根据两通道信号的和差比值来找到相位查找表中对应的相位。该方法的响应函数是在单束团模式下通过时钟信号延时扫描,多次采集后进行数据拼接获得。3、分析了两个系统可能存在的系统测量误差,特别是束团间串扰引入的误差。用于高采样示波器数据处理的相关函数法解决了高带宽下时域信号处理的难题,信号处理仅受系统带宽限制,6 GHz带宽下束团间串扰很小,因此该系统测量误差较小,适用于相位差绝对值的定量分析。而基于高速采集板卡的逐束团三维位置测量系统的带宽仅有1.2 GHz,存在着明显的束团间串扰,因此,难以测定不同束团间的相对相差,适用于单个束团相位相对变化的测量和分析。4、两个系统在上海光源稳态运行和注入瞬态过程中分别完成了逐束团三维位置实验测量,对测量结果进行了误差分析和分辨率评估。对比了非注入状态储存束团的三维位置振荡过程和注入融合后补注束团的三维位置振荡过程,验证了测量系统的准确性。分析相位测量误差的主要来源,分别利用单点随机测量和主成分分析(PCA)法对逐束团横向位置和纵向相位测量进行分辨率评估。基于高速采集板卡系统,电荷量在大于0.6 nC时,横向位置的测量分辨率好于10μm,纵向相位的测量分辨率好于0.8 ps(2.5 mrad),而基于示波器相关函数法进行纵向相位测量,分辨率可以明显提高,最佳达到了0.2 ps(0.6mrad)。5、对注入瞬态过程进行定量分析研究。为了成功剔除储存电荷和串扰信号,上海光源提出了两种补注电荷三维位置提取算法:电荷加权平均法和参考束团比较法。针对提取的补注电荷横向位置和纵向相位,分别利用betatron阻尼振荡公式和同步衰减振荡公式,拟合出了betatron振幅、betatron阻尼时间、同步振荡振幅、同步衰减时间、初始到达时间等多个储存环动力学参数。其中betatron振幅和同步振荡振幅表征了储存环和注入器的不匹配程度,betatron阻尼时间和同步衰减时间反映了储存环动力学性能。6、对注入瞬态过程进行了长时间三维位置参数监测,借助这个非稳态过程的分析来获取储存环动力学参数随时间的演化过程,从而实现机器状态的在线追踪甚至对运行风险的预警。7、介绍了逐束团三维位置测量系统的其他应用。高精度逐束团三维位置测量可用于尾场信息和能量损失因子的分析。在特殊填充模式下进行束流实验,通过改变检验束团电荷量,测定检验束团相对于参考束团的相位变化来获得能量损失因子。后续将在多束团填充模式下进行尾场研究,建立并优化尾场模型,提取尾场信息。
陈文军[3](2020)在《重离子治疗装置的准直关键技术研究与应用》文中认为重离子治疗装置是由中国科学院近代物理研究所研制的中国第一台拥有自主知识产权的医用重离子加速器。重离子治疗装置打破了发达国家对大型高端医疗器械的市场垄断,已经由研究阶段转向市场产业化。国产重离子治疗装置同步环周长仅为50余米,其高能输运线(HEBT)的高差达19米,是目前同类装置中最为紧凑也是高差最大的治疗装置,其元件结构复杂、安装空间狭小、安装工期紧迫、所有关键元件都要求亚毫米量级精度安装。由于其作为医疗器械的特殊性和设计结构的紧凑性,产业化后的重离子治疗装置对准直安装的精度和效率都有更高的要求,准直测量作为一项贯穿于重离子治疗装置建造始终的关键技术,将面临着严峻的挑战。本论文以在建的重离子治疗装置为研究基础,以提升装置安装元件的准直精度、提高准直安装的效率为研究目标,通过对准直精度影响因素的分析研究,以及对准直方法的优化和准直技术的创新,提高了重离子治疗装置元件的准直精度和准直安装效率。论文的主要研究成果及创新包含以下几个方面:1.通过对磁场测量系统的设计结构、测量原理及定位要求的研究,借助于激光跟踪仪等高精度测量仪器与光学仪器的联合测量,提出了一套基于磁铁标定数据的磁场测量定位准直方法,将所有测磁元件在短时间内以优于±0.1mm的精度准直到位,经过验证,准直结果满足了高精度磁场测量系统的定位要求,同时也提高了测磁定位的效率。2.基于对加速器元件的准直精度与束流动力学的关系分析,和对影响其准直精度的因素研究,通过多种途径控制激光跟踪仪的测量误差,及对附有约束条件的控制网测站加权平差等方法,提升了三维控制网的测量精度。针对同步环磁铁轨道的平滑测量,提出了“一站式全覆盖测量”准直同步环磁铁的方法,使同步环所有磁铁准直相对中误差值达到了0.05mm,有效减小了同步环的闭轨,提升了同步环的束流品质。在大高差的HEBT竖向安装磁铁准直工作中,根据磁铁的现场安装姿态构建了异态安装磁铁的标定数据转换模型,克服了垂直终端元件安装时由于标定姿态和安装姿态的不同向而带来的困难,有效地提高了准直安装的工作效率。3.在重离子治疗装置的束诊元件的安装准直工作中,研究了一种使用关节测量臂和准直望远镜内、外组合标定,使用激光跟踪仪精确上线安装的束诊元件准直方法,成功将真空室内部的束诊元件中心转换为真空室的外部标定,克服了传统的真空管道内部元件无法高精度数字化准直的难题。通过多类测量系统联合测量,做到了束流诊断元件在真空室内的精确标定和精密安装,有效地提高了束诊元件对加速器的束流测量精度。4.基于双相机近景摄影测量技术,结合激光跟踪仪三维控制网研究了一种高精度、非接触性的测量方法,用于重离子治疗患者放疗前的引导摆位和放疗过程中的实时靶区监控。通过激光跟踪仪三维控制网和数字摄影测量设备解析数学模型的搭建,使用双相机交会测量患者体表靶区的特征点,结合七参数解算模型,精确标定出患者肿瘤相对于等中心点的位置,完成患者在治疗过程中肿瘤位置相对于治疗等中心点的六自由度参数实时监测。通过双相机近景摄影测量患者摆位系统的设计,引导患者进行摆位和摆位验证,提升患者的摆位可靠性和效率。通过双相机近景摄影测量患者监测系统的设计,在患者治疗过程中通过监测患者体表的编码特征点,建立超差预警机制,保证患者在治疗过程中的辐照精准度,避免正常组织受到辐射,进而可以提升患者的治疗效果。通过上述准直关键技术的研究,解决了重离子治疗装置各种准直安装的技术难题,以上研究内容绝大部分都在武威重离子治疗中心装置和兰州重离子医院装置得以应用。通过工程的实际验证,上述准直技术有效地提高了重离子治疗装置的准直安装效率,缩短了安装工期,关键元件的各向安装误差均优于物理精度要求。武威重离子治疗中心装置已完成临床实验并投入使用;兰州重离子医院装置也开始束流调试,所有束流参数均好于设计目标,这也是对重离子治疗装置准直关键技术的最好验证。
刘伟[4](2020)在《条带型纳秒脉冲冲击器设计研究》文中认为同步辐射光源是众多基础学科研究的重要工具之一,目前已经发展到接近衍射极限的第四代光源。为了减小束流发射度,衍射极限储存环在设计时采用了高梯度的四极铁和六级铁,增加了非线性效应,导致束流动力学孔径减小,传统的离轴凸轨注入法将不再适用。纵向累积注入和置换式注入属于在轴注入,对动力学孔径要求较低,能够满足衍射极限储存环的注入要求。在这类注入方法中,条带型纳秒脉冲冲击器是关键部件。由国家同步辐射实验室提出的合肥先进光源(Hefei Advanced Light Facility,HALF)是一个基于衍射极限储存环的第四代光源,目前预研工作正在进行,其中离轴注入和在轴注入方案都在预研范围内。本文主要介绍了应用于HALF在轴注入方案的条带型纳秒脉冲冲击器的设计与研究情况。对在轴纵向累积注入原理进行了分析,给出纵向注入方案对纳秒冲击器的技术要求。在已有文献的基础上,改进了用于研究冲击器、束团、高压纳秒脉冲之间关系的时序图,得到更完善的纵向累积注入方案中储存环内束团与纳秒脉冲的时序关系。并以此推导了冲击器电极长度和高压脉冲形状,幅值间的联系。根据传输线理论,介绍了条带型纳秒冲击器的工作原理,总结了冲击器的各种模式及命名方法,以及不同模式下特性阻抗间的关系。使用CST仿真设计了应用于HALF纵向累积注入方案的条带型冲击器。从s参数,特性阻抗,场均匀度,最大场强,束流耦合阻抗等几个方面分析了冲击器的性能。介绍了样机的加工方案,安装过程。对加工好的样机进行了基本测试,使用网络分析仪测量样机的传输与反射参数,与仿真结果吻合较好。使用TDR模块测试冲击器差模特性阻抗,与CST仿真结果也比较符合。使用双极性高压纳秒电源对冲击器进行脉冲传输测试。结果显示,冲击器具有良好的传输特性,幅值衰减,波形畸变和反射都很小,验证了设计的合理性。根据第一代样机的测试结果提出优化改进,通过特殊定制的真空连接器实现和电极的连接,改善了冲击器的性能。对脉冲冲击器损失因子及阻抗进行了模拟计算,设计了一种新颖的具有拉紧测量线功能的阻抗匹配过渡段。在测量冲击器纵向束流耦合阻抗时,有效解决测量线的安装和拉紧问题。最后对冲击器的阻抗进行了测试。
陈方舟[5](2019)在《数字化束流信号处理器在逐束团电荷量及工作点测量中的应用技术研究》文中进行了进一步梳理上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)电子储存环周长432m,用以储存3.5 GeV电子束并发出高品质的同步辐射光,在500MHz高频下全环共有720个RF buckets。束流诊断系统是加速器供光和调试过程中重要的工具。随着快电子学技术的进步,束流诊断从最初的多圈平均测量提速到逐圈测量,如今借助于高性能的束流信号处理器,逐束团的束流诊断技术成为了束测领域最重要的发展方向之一。上海光源二期升级会引入大量插入件,使得束流尾场引起的耦合不稳定性问题较为严重,迫切需要逐束团诊断工具,对束团不稳定性进行精确定量分析进而进行控制;另一方面,加速器逐束团诊断系统也能为加速器物理学家研究束团运动物理过程提供一套强有力的分析工具。逐束团诊断技术在调束运行、研究加速器性能和观测耦合束团不稳定性等方面的需求越来越多,作用也越来越大。自2009年开始,上海光源束测团队在逐束团诊断技术方向展开研究工作,搭建了包括横向位置测量、纵向位置测量、束长测量、横向束斑尺寸测量在内的多参数逐束团诊断平台,探索了逐束团诊断技术在同步辐射光源日常运行及机器研究中的多种应用,在三维位置测量、三维束团尺寸方面取得了很好的成果,但受现有仪器设备测量精度、传统信号处理方法以及传统测量方法的局限,前期工作中在逐束团电荷量精确测量、逐束团寿命测量以及微扰乃至无扰工作点测量几个方向上尚未做深入的研究。本论文的研究工作就在此基础上展开,主要包含以下3方面内容。对逐束团诊断系统中数字化束流信号处理器的技术指标要求进行了汇总分析,在此基础上重点讨论了束团间串扰以及通道间串扰对测量系统性能的影响,讨论了这些特征参数的测试评估方法及信号处理过程中可以采用的补偿算法,并给出了相应的应用实例。设计并搭建了新的高精度逐束团电荷量监测(Bunch Charge Monitor,BCM)系统。利用束流信号处理器的高数据刷新率和高分辨率等优点,精确提取钮扣型束流位置监测器(Beam Position Monitor,BPM)四电极和信号所包含的束团电荷量信息,实现逐束团寿命在线快速测量。为了降低由于同步振荡、时钟抖动等引起的采样相位晃动所引入的系统误差,提出一种新的对冲式两点相位采样法对束流信号进行量化处理。束流实验结果表明,在正常供光模式下(平均流强240mA),新建系统的电荷量相对测量分辨率优于0.02%,与上海光源原有的BCM系统电荷量分辨率(0.1%)相比有了显着提升。得益于BCM系统的高分辨率和数据刷新率,使得逐束团寿命的精确测量成为可能,在此基础上提出了一种在线测量束团Touschek寿命及真空寿命的新方法,在上海光源储存环上完成的束流实验结果表明该方法可实时测定束流Touschek寿命及真空寿命,实验结果与理论预期相符。对电子储存环中的无扰或微扰工作点测量方法进行了研究。参照重离子储存环中使用的无扰工作点测量新方法(base band tune,BBQ),代入上海光源储存环参数对BBQ方法进行了仿真评估,研制了测试电路进行了初步束流实验。仿真及实验结果均表明BBQ方法对于上海光源储存环而言效果不佳。在此基础上,提出一种基于逐束团信号采集处理的微扰工作点测量方法:采集钮扣电极模拟信号,对其和差处理并频谱分析证实了无扰的工作点的测量的可行性,并设计了验证性实验。束流实验结果证实了在供光状态下,逐束团工作点监测系统能够实现微扰的工作点测量。
王思伟[6](2019)在《基于合肥光源储存环的工作点稳定性与太赫兹辐射的研究》文中认为合肥光源(HLS-II)属于第二代同步辐射光源,己经投入使用超过30年,在服役期间产出了许多创新性的成果。几年前,合肥光源进行了一次升级改造工程,该工程提升了合肥光源的运行参数,并更换了磁铁元件。合肥光源的储存环属于紧凑型,总周长约为66米,主体lattice结构由4个DBA(Double Bend Achromat)单元组成。本论文工作为基于合肥光源的一系列功能拓展与在线实验研究,主要内容包括:1)开发了一个工作点调节系统,以有效地在一定范围内调节储存环的工作点,该工作点调节系统调节精度较高,对束流的动力学表现影响较小。2)在工作点调节系统的基础上,设计了一个工作点反馈稳定系统,引入反馈闭环使工作点在受到外界干扰时可以保持稳定状态。3)探索了利用合肥光源产生太赫兹辐射的方案,基于合肥光源储存环的结构提出了两种不同的方案。一种是采用低动量紧缩因子的lattice结构,另一种是采用激光与电子束相互作用的方法。在储存环中,束流横向运动的工作点对稳定运行和注入效率等都有重要的影响。储存环在线运行时,应当具备在一定范围内调整工作点的能力以进行lattice补偿或者机器研究。为此,可以开发一套工作点调节系统来调节工作点。有报道的工作点调节系统是首先在杜克大学的储存环上开发的,采用了局部四极铁调节的方法。由于HLS-II较为紧凑,lattice结构与杜克大学储存环的结构不同,因此在HLS-II上不适合采用局部调节的方法。本论文提出了采用全局调节机制来开发工作点调节系统。储存环中的所有四极铁依据lattice对称性分组,工作点调节系统采用所有的或者选定的四极铁组,以调节工作点,用此种方法可以保持lattice结构的对称性。同时,工作点调节系统的设计采用了两种不同的方案,一种应用了工作点响应矩阵,这样得出的四极铁强度的调节与工作点变化是线性关系,另一种方法则约束了注入段的twiss参数,以降低对注入的影响,调节过程采用了优化算法,仅使用了注入段以外的四极铁组。理论模拟和在线实验对工作点调节系统进行了测试,结果表明,这两种设计方案都是可行的,分别具有不同的特性。该工作点调节系统为合肥光源提供了一个机器研究的有效工具。基于工作点调节系统,本论文设计了一个工作点反馈稳定系统,用以抵抗外界变化对工作点的干扰,当出现影响工作点状态的因素时将工作点保持在稳定状态。该反馈系统引入了PID反馈回路。设计过程中,通过多目标遗传算法(MOGA)优化了PID系数,然后通过在线实验测试该反馈系统的工作表现。在线实验结果表明,当改变插入件的间隔时打幵工作点反馈系统,工作点的稳定性提高到10-4量级。该工作点反馈系统首次结合了PID反馈与工作点调节系统,并引入了M0GA优化其表现,为储存环的工作点稳定提供了新思路。本论文还探索了HLS-II储存环用来产生太赫兹辐射的方案。太赫兹辐射可以通过增强相干同步辐射产生。在储存环中,压缩束团可以增强太赫兹波段的相干同步辐射,可以采用设计低动量紧缩因子(alpha)的lattice结构以压缩储存环中的电子束。本论文在设计低alpha的lattice结构时基于现有的lattice,做了尽可能小的改动,引入了粒子群算法(PS0)来使用四极铁调节一阶alpha,并用MOGA算法使用六极铁优化二阶alpha和动力学孔径。结果表明该低alpha的lattice可以有效地压缩束团,提升太赫兹波段的相千同步辐射。第二种方案采用了激光与电子束相互作用,进行能量调制,并由下游的弯铁进行电子束团的密度调制,从而修改相干同步辐射的形状因子,以增强太赫兹辐射。本论文对电子束团在整个过程的分布进行了跟踪并对相干同步辐射因子进行了计算。结果表明,激光电子束相互作用的方案可以提高太赫兹波段的相干同步辐射。将来进一步的工作可以优化这两种方案的具体参数,对比选择适合合肥光源的太赫兹产生方案。第一部分 绪论自1947年在同步加速器中首次观测到同步辐射后,其应用便开始不断发展。同步辐射是由带电粒子做圆周运动时产生的,其光强度高,准直性能好,频率范围宽。为了利用同步辐射的这些优良特性,世界各地的科学家们提出了一种特定的同步辐射光源。第一代同步辐射光源是基于高能加速器的。高能加速器主要是为核物理和高能物理的研究而建造开发的。这些加速器会周期性地改变工作模式,分别用作高能物理研究以及用作同步辐射光源。但在高能加速器上的同步辐射运行模式时间较短,不能满足日益增长的科研需求。随着时间的推移,专用同步辐射光源得到了发展,专用同步辐射光源便是第二代光源。这些光源专门用于产生同步辐射以满足不同的科研需求。通常建立一个储存环,用来保持电子以稳定的能量在其中循环运行,并在特定的地方做偏转运动产生辐射。第二代光源储存环的典型发射度超过了l00nm.rad,这是一个相对较大的值。为了提高同步辐射的亮度,第三代光源的采用了在储存环中加入波荡器、扭摆器等插入件,并对lattice结构进行重新设计,从而降低了储存环的发射度,以提高亮度。世界各地己建成并调试了许多第三代同步辐射光源。三代光源的技术已经成熟。到目前为止,第四代光源己经被提出,用以产生更高亮度的辐射光。使用自由电子激光器(FEL)的技术己被广泛研究和建造,其辐射强度和亮度均高于现有的同步辐射光源。目前基于储存环的第四代光源,即衍射极限储存环也被提出,已有几个光源正在建造和调试中。第四代同步辐射光源的研究具有广阔的前景。合肥光源是一个第二代同步辐射光源。它于1989年建成,1991年首次投入使用,是我国首个同步辐射光源和大科学研究装置。当时,储存环的能量为800MeV,直线加速器的注入器能量为200MeV。为了提高储存环的性能,2010年对合肥光源进行了一次升级改造工程,该工程于2014年完成。升级改造后,储存环的lattice结构更换为DBA结构。注入能量增加到800MeV,实现了满能量注入,同时在储存环中加入了插入件,将束流的水平发射度降低到约36m rad,同时开发了轨道反馈系统,以提髙束流的轨道稳定性。升级后的HLS-II光源己成功运行数年,整体表现良好。本论文基于合肥光源开展了若干工作,旨在扩展储存环的功能,并提出新的工作模式。这些工作包括开发工作点调节系统,色品调节系统,基于工作点调节的工作点反馈系统以及利用HLS-II储存环产生太赫兹辐射的可能性探索。第二部分 工作点调节系统的设计与应用工作点是储存环中的一个重要参数,设计一个工作点调节系统对储存环有很多裨益,在正常运行时,可以调节工作点在一定程度上优化储存环的运行状态,在机器研究时,通过调节工作点可以探索束流动力学的影响,并可以测量储存环中的耦合效应。工作点调节系统是一个有效的机器研究工具,通常设计工作点调节系统时,会采用储存环中的四极磁铁。杜克大学的储存环上有最初报道的工作点调节系统,由于其储存环较长,具有两个较长跑道型的直线节,其长直线节上的四极铁己足够用来调节工作点,并且可以约束长直线节两端的twiss参数,使之与正常运行时保持不变,这样就只有直线节内的twiss参数受到影响,在直线节外的部分均不受影响。这是一种有效的局部调节方案,这种方案对于较大型的储存环非常有效,但是对于紧凑型的储存环,例如合肥光源的储存环,并不适用。以合肥光源为例,储存环中的几段直线节都比较短,而且其两端的四极磁铁数量有限,采用局部调节的方案时,对于同样大小的工作点变化,需要对四极磁铁的强度有较大的调整,从而对束流的twiss参数造成较大的影响,而且会破坏lattice的对称性,从而影响束流的品质。为了减小四极磁铁强度的调节量,并且减小对束流动力学的影响,本论文提出了采用全局调节的方案为合肥光源设计工作点调节系统。全局调节方案根据lattice结构的对称性,将32个四极磁铁分为8组,每组有四个四极磁铁。在调节过程中,每个组的四极强度保持相同,这样就可以保持lattice的对称性不变,而且增加了参与调节的四极磁铁的数量,这样可以减小每一块四极磁铁强度的调节量,避免对束流动力学过大的影响。在实际设计时,本论文提供了两套工作点调节系统的方案。第一种方案使用了储存环中的所有四极磁铁,并按组计算了四极磁铁的工作点响应矩阵,使用其Moore-Penrose逆作为工作点时对应四极磁铁强度的调节量。这种方法简单自然,通过该方法设计工作点调节系统时,四极磁铁的调节量和工作点的变化量之间的关系是线性的,这样调节工作点时调节量不依赖于工作点的起始点,方便调节变化量,然而该方法难以控制储存环的twiss参数和束流的动力学表现。另一种设计方案旨在调节工作点的同时控制储存环的部分twiss参数,为了不影响注入段的twiss参数,设计时采用了注入段以外的四组四极磁铁,总共16块四极磁铁参与调节。调节工作点采用了局部优化算法,将要调节到的工作点设置为优化目标,并将注入段两端的twiss参数设置为约束条件。采用该方案设计的工作点调节系统对储存环的注入段影响很小,然而它的四极磁铁调节量和工作点变化之间的关系具有一定的非线性,而且四极磁铁强度的变化较大。为了提高精确性,这两种方案在设计时,都采用了“步步为营”的策略,即每次计算响应矩阵或优化时工作点只变化一小步,下一次计算时以上一步的结果作为新的起点,这样直到调节范围内所有的工作点都被遍历后,再拟合四极磁铁调节量和工作点变化量的关系,作为最终的结果。这种方法可以有效地保证调节的理论准确性。设计完成后,这两种方案都经过了模拟测试和在线矫正。模拟测试包括twiss参数变化的计算比较,色品变化的计算,二维工作点调节误差计算以及动力学孔径的比较。结果表明,两种方案都能在一定范围内准确调节工作点,二维调节误差在可接受范围内;色品都保持在正值内,不会造成束流头尾不稳定性;twiss参数的变化不大,很好地保持了lattice结构的对称性;动力学孔径的变化没有明显规律,但在可以接受不的范围内。模拟测试后,两套方案设计的工作点调节系统均在合肥光源的储存环上实测、校准并实装。在实际测量时,按照理论拟合的关系调整四极铁强度,并测量工作点的变化量,测量完成后将工作点实际变化量与预设变化量进行拟合,得到一个线性关系,利用该关系可以对工作点测量系统进行在线校准,校准后实际的工作点变化量与预设值非常接近。两套工作点调节系统都可以在一定的调节范围内工作,校准后具有良好的调节精度。作为工作点调节系统的一个应用,本论文测量了合肥光源的横向耦合,测量中利用工作点调节系统将水平工作点调至与垂直工作点接近的位置,再以更小的步长跨越差共振,最后测量水平工作点与垂直工作点差异的最小值,得到耦合系数。该实验展示了工作点调节系统用在机器研究上的一个典型应用,有了工作点调节系统,更多的机器研究内容可以在合肥光源上开展。此外,本论文还为合肥光源储存环设计了色品调节系统,色品的调节是通过六极磁铁进行的,由于色品的变化量与六极磁铁强度变化量具有良好的线性关系,因此可以通过色品响应矩阵很好地计算六极磁铁强度的调节量。在合肥光源的储存环上共有32个六极磁铁,根据lattice的对称性它们被分为4组,每组的8块六极磁铁的强度保持不变。通过计算色品响应矩阵的Moore-Penrose逆,可以获得两个方向的色品调节量。色品调节的线性关系在很大范围内是精确的,因此该色品调节系统可以在很大范围内以高精度调节色品。考虑到对动力学孔径的影响,为了减小过强的六极磁铁引入的非线性,实际的色品调节范围可以控制在一个较小范围内。第三部分 工作点反饿系统的设计与应用工作点的稳定性对储存环的运行具有重要意义。在正常运行时工作点通常保持稳定,但是也有各种因素可能影响工作点的稳定性,例如用户操作插入件,磁铁电源的抖动,或者四极磁铁的补偿引起的磁滞效应,均可能引起工作点的变化或抖动。在目前的二代光源上,在一定范围内的工作点变化或者抖动不会引起大的变化,但是在将来的衍射极限环上,工作点稳定性的要求更高,需要工作点在有外界干扰时保持稳定,这样也可以增加用户对插入件的可操作性。基于保持工作点稳定性的考虑,本论文在合肥光源上开发了一套工作点稳定反馈系统。该系统基于PID反馈回路,并结合了之前开发的工作点调节系统。在该反馈系统中,储存环上的工作点测量系统用来实时测量读取工作点,作为反馈变量。该变量与目标值的差经过PID反馈系统进行计算处理,最后工作点调节系统作为反馈系统的执行端,接收工作点的调节量并进行调节,这些过程一起组成了一个反馈回路。由于反馈系统的执行需要对调节量进行反馈,工作点调节系统将采用第一种方案,保证四极铁强度调节量与工作点调节量具有线性关系。以合肥光源为例设计的这套工作点稳定反馈系统要求正常运行时工作点的稳定性不会变差,并且在有一定的干扰时可以使工作点在一定范围内保持稳定而不受外界影响。合肥光源的储存环中有5个插入件,分别为WIG,IVU,EPU,QPU,U92。其中调节WIG时对工作点的影响最大。设计反馈系统时,PID系数的选择是一个重要的工作,为了保证工作点变化较大时反馈系统可以工作,设计时以调整插入件WIG作为一个影响工作点的范例。在进行设计时,WIG插入件的间隙以最大速度lmm/s调节,并且采用多目标遗传算法(MOGA)程序来优化合适的PID系数。优化程序采用工作点误差绝对值的平均值及其标准偏差作为优化目标,这两个优化目标相当于统计量的一阶矩和二阶矩,在优化的结果中可以选择一组合适的PID系数。并通过模拟程序对几组不同的PID系数进行了比较,结果表明优化程序找到的PID系数具有比较良好的表现,比单独使用P反馈,或者I、D系数较大的反馈都具有更好的表现。设计完成后,根据设计参数在合肥光源的储存环上进行了一系列实验以评估该工作点稳定反馈系统的实现表现。实验包括普通运行,与理论模拟情形的对比以及应用在多个插入件同时调节的情形。每组实验对比了几组不同的PID系数,通过设置调节阈值可以保证正常运行时工作点稳定性不会变差。同时,在线调节WIG插入件间隙时,表现与理论模拟接近,表明该工作点稳定反馈系统在线可用。多个插入件共同调节的实验表明,该调谐反馈系统可有效地抵抗外界的影响,并显着提高工作点的稳定性,使其保持一定的范围内。此外,由于合肥光源的工作点测量系统测量频率较低,为Is更新一次数据,为了保证反馈的准确性,目前反馈的频率设置为2s—次,该频率足够应对工作点的缓变,例如插入件的调节或者磁滞效应的影响。在将来工作点测量系统升级后该工作点反馈系统有进一步提升的空间,有应对较快的工作点变化的潜力,也可能进一步提升稳定性。第四部分 太赫兹辐射产生的可能性探索近年来,太赫兹辐射的应用不断增长,催生了对高效率高亮度太赫兹辐射产生的研究。基于自由电子激光的太赫兹辐射研究已取得了突破性的进展,而基于储存环产生太赫兹辐射的研究具有一定的前景。相比于自由电子激光装置,世界上的同步辐射装置比较多,如果能在其中做一定的调整就能产生太赫兹辐射,便可以增加现有装置的利用率,不必为产生太赫兹辐射建造专门的自由电子激光装置。合肥光源作为一个第二代同步辐射光源己经服务了用户很多年,其作为传统同步辐射光源可以获得的提升己经变得非常有限,若能通过合理的方法拓展其功能,则可以使其利用效率提高,服务更多的用户。而设法产生太赫兹辐射便是一个很好的解决方案。基于储存环产生太赫兹辐射时,主要是利用其相干同步辐射,通常在太赫兹波段的相干辐射强度较小,不能达到要求,因此现在基于储存环的太赫兹辐射产生旨在修正相干同步辐射形状因子,使其在太赫兹波段的强度增加。主要方法一种是压缩束团,通过更短的束团使相干同步辐射的波长变短,从而达到太赫兹波段,这种方案主要通过设计低动量紧缩因子的lattice来实现。另外一种方案是通过激光与电子束团在波荡器中相互作用,改变电子束团的能量分布,并在下一块弯铁处将能量调制转化为密度调制,从而改变电子束团的分布,也在一定程度上修改了相干同步辐射形状因子。本论文对这两种方案在合肥光源上的实现进行了一定的探索,首先,在现有lattice的结构基础上尝试了设计低动量紧缩因子的lattice结构。为了保持现有lattice对称,同时对工作点影响较小,利用了之前的工作点相应矩阵,通过奇异值分解,找到了若干个四极磁铁调节方向,在小范围内沿这些方向调节四极磁铁对工作点的影响很小。设计低动量紧缩因子的lattice时,在现有lattice的结构基础上,采用了粒子群算法,将动量紧缩因子作为目标,优化变量为调节的四极磁铁强度,调节的方向沿着对工作点影响很小的几个调节方向进行。通过四极磁铁的强度调整完成对动量紧缩因子的优化后,还需要通过六极磁铁来优化动力学孔径和二阶动量紧缩因子,该优化通过MOGA进行,而调节方向则是沿着由色品响应矩阵得到的色品调节方向和对色品没有影响的方向进行,在色品调节方向的系数设定在一定范围内,保证色品在〇到10之间,同时,对另外两个方向的调节系数设定范围可以更大一些。优化后从结果中挑选了参数进行了模拟评估,结果表明工作点的变化较小,lattice结构的对称性不变,并且束团也有一定程度的缩短,低动量紧缩因子lattice的方案在合肥光源上具有一定的可行性。另外,本论文也对激光与电子束相互作用的方案进行了初步评估。该方案在储存环的一个空直线节部分加入一个新的波荡器,当电子束穿过波荡器时与激光束发生相互作用。通过模拟软件对相互作用后的电子束能量分布以及通过弯铁后的密度分布进行了模拟跟踪,并对相干同步辐射的形状因子进行了计算。仿真结果表明,经过激光电子束相互作用后,电子束在第二块弯铁上产生的相干同步辐射在太赫兹波段具有一定的提升。这两种方案有其各自的优点。采用低动量紧缩因子的lattice结构压缩束团,产生太赫兹辐射的效果更好,但lattice需要重新设计,不能满足正常的同步辐射应用,该方案适合将来将合肥光源改造为专用的太赫兹辐射光源。而激光电子束相互作用方案需要对lattice进行较少的改动,可以保证合肥光源作为同步辐射光源的正常运行,只需要增加新的线站就可以利用太赫兹辐射,但目前该方案能产生的太赫兹辐射的增加相对较小,需要进一步的工作来优化波荡器,激光器及电子束的参数来提高其表现。结果表明了合肥光源具有一定的潜力产生太赫兹辐射,将来可以在相关方向开展进一步的工作。第五部分 总结与展望本论文主要工作为基于合肥光源开展的工作点调节与稳定系统的设计以及产生太赫兹辐射的可能性探索。这些工作主要目的在于拓展合肥光源现有功能,使其拥有更优良的性能,并为其将来的发展提供一种可能性。论文主要工作在参考国外光源工作的基础上,结合合肥光源的特性和需求进行了一些改进与优化,使之更好地应用在合肥光源上。基于合肥光源设计的工作点调节系统参考了杜克大学储存环的工作点调节系统的设计,但结合合肥光源储存环紧凑的特点,将其改为使用全局调节的方法,将储存环内所有四极磁铁根据对称性分为若干组,在调节工作点时按组进行。同时,设计工作点调节系统时采用了“步步为营”的策略,每次只调节一小步,确保调节的精确性,最后将每一小步调节的结果进行拟合,得出最终的结果。该工作点调节系统经过了理论模拟的验证,并在线测量校正。结果表明,该工作点调节系统调节精度达到1〇4量级,在合肥光源上实装并可以满足机器研究的需求,作为一个应用实例,本论文使用该工作点调节系统测量了合肥光源的横向耦合效应,得到了满意的结果。在工作点调节系统的基础上,本论文设计了工作点稳定反馈系统。该项工作旨在为探索在第四代衍射极限储存环上设计工作点稳定系统的可行性,因为其对工作点的稳定性要求较高。同时也为合肥光源储存环的工作点稳定提供一套方案,使得用户在操作插入件时具有更大的调节空间。设计该系统时,本论文使用了PID反馈回路,结合工作点调节系统进行实时调节反馈。理论模拟时使用MOGA算法优化了PID系数,并在线进行了测试,结果表明,在插入件在较大范围调节时,工作点反馈系统可以有效地将工作点稳定在一个小范围内。通过提升工作点测量系统的测量精度和频率可以进一步提升工作点稳定反馈系统的表现,使其可以应用在第四代同步辐射光源上。最后本论文对合肥光源产生太赫兹的可能性进行了探索,参考国际己有工作主要考虑了两套方案,一种方案是使用低动量紧缩因子的lattice来压缩束团,另一种方案是使用激光电子束相互作用修正相千同步辐射形状因子,两种方案的目的均是增强在太赫兹波段的相干同步辐射。首先,本论文为低动量紧缩因子的lattice提供了一种设计方案,在现有lattice结构的基础上,通过调节四极铁,降低动量紧缩因子,同时保持lattice的对称性。其次,使用六极磁铁同时优化动力学孔径和二阶动量紧缩因子。采用激光电子束相互作用方案时,本论文对电子束团的能量分布和密度分布进行了跟踪,结果表明在经过能量调制后的电子束团进过下一块弯铁后形状因子在太赫兹波段有增强,可以产生太赫兹辐射。本部分的进一步工作可以是优化低动量紧缩因子的lattice,使其表现更加符合压缩束团的需求;另外可以对激光电子束相互作用时的波荡器及激光参数进行优化,选取更适合合肥光源的方案产生太赫兹辐射,并对该方案在合肥光源上进一步实现进行准备研究。
周天雨[7](2018)在《合肥光源逐束团流强及高灵敏度工作点测量系统的研究》文中进行了进一步梳理本论文主要研究内容是合肥光源逐束团流强和高灵敏的工作点测量系统的研究。在充分调研国内外加速器实验室的测量方案的基础上,设计了两套全新的束流测量和诊断系统。逐束团流强测量系统利用超快光电探测器把同步辐射的光脉冲信号转换为电信号,再进行处理得到逐束团流强。新的高灵敏工作点测量系统则是使用(Direct Diode Detector Baseband Tune)3D-BBQ技术可以在没有激励信号的条件下测量工作点,不会对储存环中的束流引起扰动,具有可以成为实时在线测量工作点系统的潜力,有极高的应用价值。本文首先介绍了与本论文相关的加速器物理。从整体上定性地介绍了加速器储存环的物理,给出了束流的横向转换矩阵、β函数和横向振荡等理论知识进而引入了工作点这一个重要概念,同时还介绍了束流流强及同步辐射这些与我们设计的两套系统密切相关的物理参数,并给出了工作点和束流流强在束流测量与诊断领域的基本理论。其次介绍了基于同步辐射的逐束团流强测量系统的设计与实现。介绍了合肥光源储存环B8光束线的基本情况,确定了用于基于同步辐射的逐束团流强测量系统的光路设计。计算了在光电探测器处同步光的功率,确定了超快光电探测器的型号是滨松公司的G4176-03光电探测器。介绍了利用等效时间采样算法重构束流的时域波形。为了确定逐束团的绝对流强,使用了直流流强变压器(DCCT)系统得到束流的直流流强,并对DCCT系统的进行了误差分析和分辨率测试。使用基于同步辐射的逐束团流强测量系统分别在日常运行多束团模式、单束团及一个摩尔斯码编码的“HLS”填充模式下进行了逐束团流强测量实验,得到了相关实验结果。最后介绍了高灵敏度的工作点测量系统的设计与实现。介绍了3D-BBQ技术的基本原理,根据合肥光源储存环参数,设计了 3D-BBQ的前端电子学模块,并进行了模拟仿真实验。根据仿真结果,制作了前端电子学的实物PCB板。最后搭建了工作点测量平台,并进行实验,得到实验结果。同时还进行了与合肥光源现有的扫频激励法工作点测量系统的比对实验,验证设计目标。
段青明[8](2017)在《基于FPGA的合肥光源工作点测量系统研制》文中研究说明工作点是储存环十分重要的参数,工作点的大小可以反映储存环能否稳定的运行。目前国内外的大型加速器都有工作点测量系统。对于同步辐射光源的电子储存环而言,由于横向beta振荡的振幅较小,进行工作点测量时通常需要外加激励信号。扫频激励信号和窄带白噪声激励信号是工作点测量中经常用到的激励信号类型,但是不同激励信号类型各有优缺点,满足不同的机器研究。合肥光源现有的工作点测量系统是基于频谱仪的扫频激励测量。本论文充分调研了多个工作点测量系统方案,在综合各个实验方案和了解了相关理论的基础上,提出了由前端电子学、FPGA、ARM和上位机构成的工作点测量系统架构,该系统架构充分发挥了 FPGA的在线可编程特性,可以适应和满足多种不同的机器研究的测量需求。论文首先对工作点测量原理做了简单的介绍,并调研了目前各加速器实验室所采用的工作点测量的技术。论文第三章对基于FPGA的工作点测量系统架构和各个模块的功能以及实现方法做了详细介绍。FPGA功能模块主要包括信号激励,信号采集以及通信模块,信号激励模块包括参数化的扫频激励信号和白噪声激励信号,信号采集部分主要通过FPGA来控制ADC,并将ADC采集得到的数字信号经过滤波,抽取等操作存储到RAM中。ARM的主要功能是对数字信号进行傅里叶变换FFT以及寻找变换后的幅度的峰值,其次是起一个桥梁的作用,上位机GUI程序通过ARM可对FPGA内部状态寄存器进行读写操作。FPGA和ARM间的数据通过AXI4总线协议进行传输,ARM和上位机的数据传输通过socket编程实现。论文的第四章介绍了基于FPGA的工作点测量系统在合肥光源电子储存环进行的相关实验,在线实验结果表明,工作点在扫频激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为0.0006/0.0001,白噪声激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为的0.0007/0.0036。系统进一步改进,还可测量同步振荡阻尼时间、色品等,为合肥光源储存环提供更丰富的束流测量手段。系统结构紧凑,成本较低,功能丰富,可在线编程满足不同机器研究需求。
段青明,杨永良,吴芳芳,孙葆根,唐雷雷[9](2017)在《合肥光源储存环工作点测量系统设计》文中进行了进一步梳理为适应合肥光源储存环工作点测量的需要,设计了基于Zynq的工作点测量系统。该测量系统由前端电子学、FPGA、ARM和上位机构成,系统结构紧凑,成本较低,功能丰富,可在线编程满足不同机器研究实验的需求。论文论述了参数化白噪声信号和扫频信号的产生以及相应的信号处理过程。在线实验结果表明,工作点在扫频激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为0.0006/0.0001,白噪声激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为0.0007/0.0036。系统进一步改进,还可测量同步振荡阻尼时间、色品等,为合肥光源存储环提供更丰富的束流测量手段。
刘传生[10](2016)在《基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制》文中研究表明逐束团流强测量是监测多束团储存环运行的重要手段,同时也是研究束流不稳定性阈值和束流注入填充模式的重要方法,是top-off恒流注入不可或缺的技术手段。国内外的大型加速器,如国际上的SPring-8、BESSY、KEKB、NSLS Ⅱ,国内的BEPC Ⅱ、SSRF、HLS Ⅱ等均有逐束团流强测量系统。HLS II现有的逐束团流强测量系统采用高速数字示波器采样BPM和信号,利用积分法测流强,示波器的采样分辨率为8bit,且采样时刻与束团不同步,需要利用插值算法来重新构建信号波形。由于合肥光源未来将进行top-off恒流注入,对逐束团流强测量系统有更高精度的要求。本文首先调研了国内外主要加速器中所采用的逐束团流强测量方案,并对逐束团流强测量理论进行了分析推导,详细分析了利用条带型BPM和纽扣型BPM和信号测量逐束团流强的原理,同时也分析了纵向振荡和束团伸长效应对测量的影响以及应对方法。在此基础之上提出了新的HLS Ⅱ逐束团流强测量方案。本文接着介绍了新研制的逐束团流强测量系统的硬件架构。该系统主要由高速高精度ADC、高性能FPGA、USB以及本地PC构成。ADC采样分辨率是]2bit,最高采样率可达250MS/s。采样时钟来源于加速器高频时钟,因此采样与逐束团同步。FPGA内部的移相模块可实现对采样时钟的高精度移相,使ADC采样到信号峰值。除此之外,FPGA内部还构造了FIFO用于缓存采样数据。USB负责将数据传送到主机中,以便进行分析处理。本文还详细介绍了对采样数据的处理算法。对数据的处理主要是由LabVIEW软件来完成的。LabVIEW通过CA Lab与EPICS通信,实时获取DCCT流强值用来标定逐束团流强。将采样信号在LabVIEW中做FFT运算可以从中分析出逐束团的纵向工作点。最后,对新研制的逐束团流强测量系统进行了在线测试。测试结果表明,在开启储存环纵向反馈抑制了纵向振荡以后,测量精度高,均方根误差可达0.002mA。本系统除了测量逐束团流强外,还实现了纵向工作点的测量,未来还可以测量逐束团寿命等,为合肥光源储存环性能提升,提供更多的束流诊断手段。
二、合肥光源的工作点测量系统(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、合肥光源的工作点测量系统(论文提纲范文)
(2)储存环逐束团三维位置测量技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.1.1 同步辐射光源概述 |
1.1.2 上海光源及束流诊断系统概述 |
1.1.3 储存环逐束团诊断技术研究意义 |
1.1.4 上海光源逐束团诊断系统 |
1.2 国内外逐束团测量技术研究现状 |
1.2.1 逐束团横向位置测量 |
1.2.2 逐束团纵向相位测量 |
1.3 逐束团三维位置测量技术研究 |
1.3.1 国内外三维测量研究现状 |
1.3.2 上海光源逐束团三维位置测量系统 |
1.4 课题研究内容与创新点 |
第2章 上海光源逐束团三维位置测量 |
2.1 束流运动相关理论 |
2.1.1 束流横向运动 |
2.1.2 束流纵向运动 |
2.2 相关测量参数 |
2.3 束流信号拾取 |
2.4 信号处理方法 |
2.4.1 横向位置计算方法 |
2.4.2 纵向相位计算方法 |
2.5 数据采集系统 |
2.5.1 需求分析 |
2.5.2 基于高采样示波器方案 |
2.5.3 基于高速采集板卡方案 |
2.6 本章小结 |
第3章 正常供光模式逐束团三维位置测量 |
3.1 基于高采样示波器的逐束团三维位置测量系统 |
3.1.1 系统搭建 |
3.1.2 评估束长对相位测量的影响 |
3.1.3 正常供光模式三维位置典型测量结果 |
3.1.4 系统测量误差分析 |
3.1.5 系统分辨率评估 |
3.2 基于高速采集板卡的逐束团三维位置测量系统 |
3.2.1 系统搭建 |
3.2.2 束团间串扰分析 |
3.2.3 正常供光模式三维位置典型测量结果 |
3.2.4 系统测量误差分析 |
3.2.5 系统分辨率评估 |
3.3 本章小结 |
第4章 注入瞬态过程分析 |
4.1 注入过程研究背景及意义 |
4.2 国内外注入瞬态过程研究 |
4.3 注入过程补注电荷量提取算法 |
4.3.1 补注电荷量横向位置提取 |
4.3.2 补注电荷量纵向相位提取 |
4.4 典型注入过程捕获实验 |
4.4.1 横向betatron振荡 |
4.4.2 纵向同步衰减振荡 |
4.4.3 与国外同类工作对比 |
4.4.4 长时间数据监测 |
4.5 本章小结 |
第5章 逐束团三维位置测量系统的其它应用 |
5.1 尾场研究 |
5.2 能量损失 |
5.3 能量损失因子的实验测量 |
第6章 结论与展望 |
6.1 课题总结 |
6.2 课题展望 |
6.2.1 两点平衡采样法测三维位置 |
6.2.2 三维位置同步在线测量及智能触发 |
6.2.3 尾场分析 |
附录 PCA进行分辨率评估 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的论文与研究成果 |
(3)重离子治疗装置的准直关键技术研究与应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 重离子放射治疗技术介绍 |
1.2.1 重离子治疗的原理及优势 |
1.2.2 重离子治疗技术的发展 |
1.3 国内外重离子治疗装置准直现状 |
第2章 重离子治疗装置准直测量的相关理论及技术 |
2.1 准直测量的误差理论 |
2.1.1 测量方法的分类 |
2.1.2 误差来源 |
2.1.3 测量误差的分类 |
2.2 测量误差的合成 |
2.3 粒子加速器的精密准直测量理论与技术 |
2.3.1 准直测量的控制网理论 |
2.3.2 粒子加速器的误差效应 |
2.3.3 加速器元件准直的七参数转换模型 |
2.4 粒子加速器准直测量技术的发展 |
2.4.1 粒子加速器精密测量仪器的发展 |
2.4.2 激光跟踪仪测量系统介绍 |
2.4.3 重离子治疗装置测量仪器介绍 |
2.4.4 粒子加速器准直技术的发展 |
第3章 重离子治疗装置磁场测量系统准直技术研究 |
3.1 重离子治疗装置磁场测量系统简介 |
3.2 重离子治疗装置磁铁元件的标定 |
3.2.1 二极磁铁的标定 |
3.2.2 多极磁铁的标定 |
3.3 重离子治疗装置磁场测量系统定位准直方法的研究与应用 |
3.3.1 HALL测磁系统的定位准直方法研究 |
3.3.2 长线圈积分测量系统的定位准直方法研究 |
3.3.3 谐波测量系统定位准直方法研究 |
3.4 重离子治疗装置磁场测量系统准直结果分析和讨论 |
第4章 重离子治疗装置现场安装准直技术的研究及应用 |
4.1 重离子治疗装置安装准直精度要求及误差分配 |
4.1.1 重离子治疗装置各系统对安装准直的精度要求 |
4.1.2 基于准直精度要求的误差分配 |
4.2 重离子治疗装置三维控制网的测量与平差处理 |
4.2.1 三维测量控制网的布设与优化 |
4.2.2 三维控制的测量 |
4.2.3 三维控制网平差及精度评定 |
4.3 重离子治疗装置LEBT的准直技术研究与应用 |
4.3.1 回旋加速的安装准直技术 |
4.3.2 源束线的准直技术 |
4.4 重离子治疗装置同步环的准直技术研究与应用 |
4.4.1 同步环准直精度的影响因素分析 |
4.4.2 提升同步环准直精度的方法 |
4.4.3 束诊元件的标定与准直安装 |
4.4.4 同步环元件相对位置平滑测量及精度分析 |
4.5 重离子治疗装置HEBT的准直技术研究与应用 |
4.5.1 异态安装磁铁的标定及预准直 |
4.5.2 HEBT元件的准直方法 |
4.6 重离子治疗装置治疗终端元件的准直技术研究与应用 |
4.6.1 治疗终端物理治疗设备的准直 |
4.6.2 治疗终端治疗定位设备的准直 |
第5章 基于近景摄影测量的患者放疗摆位及靶区监测技术研究 |
5.1 国内外放射治疗患者摆位及监测技术现状 |
5.2 数字化近景摄影测量技术介绍 |
5.2.1 近景摄影测量的发展及测量原理 |
5.2.2 近景摄影测量的测量模式及特点 |
5.3 基于双相机近景摄影测量的患者放疗摆位及靶区监测技术研究 |
5.3.1 双相机近景摄影测量患者放疗前的摆位技术研究 |
5.3.2 双相机近景摄影测量患者放疗中的靶区监测技术研究 |
第6章 总结与展望 |
6.1 论文的主要工作总结 |
6.2 论文的创新点总结 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录:双相机近景摄影测量系统与激光跟踪仪测长对比数据 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)条带型纳秒脉冲冲击器设计研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题的背景 |
1.1.1 同步辐射光源发展及其应用 |
1.1.2 第四代光源发展 |
1.1.3 衍射极限储存环的注入问题及发展情况 |
1.2 HALF及其注入方案简介 |
1.3 条带型脉冲冲击器的国内外发展情况 |
1.4 论文的主要内容和创新点 |
第2章 纵向注入方案及对冲击器的技术要求 |
2.1 束团在储存环中的纵向运动 |
2.1.1 纵向运动相关知识 |
2.1.2 纵向运动方程及其解 |
2.1.3 纵向运动的图解 |
2.2 HALF纵向注入方案 |
2.2.1 HALF的相稳定区和动量接受度 |
2.2.2 纵向累积注入对冲击器脉冲的要求 |
2.2.3 脉冲幅值 |
第3章 条带型纳秒脉冲冲击器的设计与仿真优化 |
3.1 冲击器的模式 |
3.2 主要参数指标 |
3.2.1 冲击器的建模 |
3.2.2 S参数 |
3.2.3 阻抗 |
3.2.4 场均匀度 |
3.2.5 最大场强 |
3.2.6 束流耦合阻抗 |
第4章 样机的加工与基本测试 |
4.1 样机的加工 |
4.2 高压脉冲电源与测试组件 |
4.2.1 高压脉冲电源 |
4.2.2 其他测试组件 |
4.3 样机的测试 |
4.3.1 微波参数的测量 |
4.3.2 TDR |
4.3.3 高压测试 |
4.4 焊接式冲击器 |
4.4.1 改进方案 |
4.4.2 焊接式样机测试 |
第5章 束流耦合阻抗问题探究 |
5.1 束流耦合阻抗测量方法介绍 |
5.1.1 时域测量方法 |
5.1.2 频域测量方法 |
5.1.3 纵向束流耦合阻抗的测量方法 |
5.1.4 横向束流耦合阻抗的测量方法 |
5.1.5 阻抗匹配 |
5.1.6 新型束流耦合阻抗测量方法 |
5.2 束流耦合阻抗测量系统设计 |
5.2.1 匹配过渡段的仿真 |
5.2.2 匹配过渡段的设计和加工 |
5.2.3 纵向束流耦合阻抗的测量 |
第6章 总结与展望 |
6.1 论文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间发表论文 |
图表目录 |
(5)数字化束流信号处理器在逐束团电荷量及工作点测量中的应用技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 同步辐射及上海光源概述 |
1.1.2 储存环束流测量系统 |
1.1.3 逐束团诊断技术的意义 |
1.1.4 课题研究的意义 |
1.2 电荷量检测系统国内外研究现状 |
1.2.1 ALS逐束团电荷量测量系统 |
1.2.2 高能所BEPCII储存环逐束团测量研究 |
1.2.3 合肥光源逐束团测量系统 |
1.3 寿命检测系统国内外研究现状 |
1.3.1 ESRF寿命测量系统 |
1.3.2 MAX IV Touschek寿命和真空寿命研究 |
1.4 工作点测量系统国内外发展现状 |
1.4.1 CERN BBQ 工作点测量系统 |
1.4.2 Diamond 工作点测量系统 |
1.4.3 APS工作点测量系统 |
1.4.4 合肥光源的工作点测量系统 |
1.4.5 国内外工作点测量系统调研小结 |
1.5 上海光源填充模式检测及工作点测量系统 |
1.5.1 上海光源现有逐束团电荷量测量系统 |
1.5.2 上海光源现有工作点测量系统 |
1.6 本文主要研究内容与创新点 |
第二章 上海光源逐束团数据采集系统分析及优化 |
2.1 逐束团数据采集系统需求分析 |
2.2 束流信号处理器介绍 |
2.3 数据采集系统常规参数评估 |
2.3.1 信号测试平台设计 |
2.3.2 幅频响应测定 |
2.3.3 通道间一致性评估 |
2.3.4 信噪比测量 |
2.4 特性参数测试及补偿技术研究 |
2.4.1 时钟抖动对测量的影响 |
2.4.2 束团间串扰的测定 |
2.4.3 通道间串扰的测定和补偿 |
2.5 本章小结 |
第三章 逐束团电荷量测量系统和束流寿命测量 |
3.1 逐束团电荷量测量系统的研制 |
3.1.1 流强测量系统研制的必要性 |
3.1.2 逐束团测量系统原理 |
3.1.3 基于束流信号处理器的逐束团电荷量测量系统 |
3.1.4 基于两点采样法的逐束团电荷量测量系统 |
3.1.5 两种采样方法性能对比 |
3.2 束团寿命的精确测量和分析 |
3.2.1 寿命测量的现状及其重要性 |
3.2.2 基本原理 |
3.2.3 束流实验 |
3.2.4 应用 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于逐束团诊断技术的微扰工作点测量方法研究 |
4.1 工作点测量的意义 |
4.1.1 理论基础 |
4.1.2 工作点测量的重要性 |
4.2 工作点测量的主要方法 |
4.3 上海光源BBQ方案尝试 |
4.4 逐束团工作点测量方案 |
4.4.1 方法讨论 |
4.4.2 逐束团工作点测量系统 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 本文总结 |
5.2 工作展望 |
5.2.1 功能下放 |
5.2.2 算法优化方向 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(6)基于合肥光源储存环的工作点稳定性与太赫兹辐射的研究(论文提纲范文)
Abstract |
List of Abbreviations and Symbols |
Acknowledgements |
1 Introduction |
1.1 Motivation |
1.1.1 Overview of storage ring based synchrotron light sources |
1.1.2 Motivation of the work at Hefei Light Source-Ⅱ |
1.2 Highlights in the dissertation |
1.3 Outline of the dissertation |
2 Review of Single Particle Dynamics in Electromagnetic Field |
2.1 The Hamiltonian of A Charged Particle in Electromagnetic Field |
2.2 Transverse Dynamics |
2.2.1 The betatron motion |
2.2.2 Zeroth order error-dipole error and first order dispersion |
2.2.3 First order error-quadrupole error and first order chromaticity |
2.2.4 Linear coupling of a storage ring |
2.2.5 Resonance and dynamic aperture |
2.3 Longitudinal dynamics |
2.3.1 Longitudinal phase stability |
2.3.2 Fundamental description and stable bucket |
2.4 Synchrotron radiation |
2.4.1 The Lienard-Wiechert potential |
2.4.2 Coherent synchrotron radiation |
2.5 Summary |
AppendixA: Multipole Expansion for Static Magnetic Fields |
AppendixB: Hamiltonian dynamics and a symplectic matrix |
3 Tune Knob for the HLS-Ⅱ Storage Ring 50 |
3.1 Tune adjustment for a storage ring |
3.1.1 Tune knob using the tune response matrix method |
3.1.2 Tune adjustment using the step-by-step lattice tweaking |
3.1.3 Optimization method for designing tune knob |
3.2 Development of the tune knob for the HLS-Ⅱ storage ring |
3.2.1 Tune knob design |
3.2.2 Impacts on beam dynamics |
3.2.3 Impact on the horizontal η function |
3.2.4 Impact on the dynamic aperture |
3.2.5 A tune change survey of the tune knob |
3.2.6 Summary |
3.3 Online experiments of the tune knob in the HLS-Ⅱ storage ring |
3.3.1 Tune measurement and fitting |
3.3.2 Online tune knob measurement and calibration |
3.3.3 Measurement of transverse linear coupling |
3.4 Chromaticity knob using the response matrix method |
3.4.1 The chromaticity response matrix |
3.4.2 2-D chromaticity survey with the chromaticity knobs |
3.4.3 Impact on the dynamic aperture change |
3.5 Summary |
4 Tune Feedback System for the HLS-Ⅱ Storage Ring |
4.1 Overview |
4.2 Development of a tune feedback system |
4.2.1 Tune feedback using a PID feedback loop |
4.2.2 Machine control system and beam diagnostics |
4.3 Design of the tune feedback system for the HLS-Ⅱ storage ring |
4.3.1 The NSGA-Ⅱ based multi-objective genetic algorithm |
4.3.2 Determination of the feedback coefficients |
4.4 Online experiments |
4.4.1 Measurement of tune stability in the HLS-Ⅱ storage ring innormal operation |
4.4.2 Impact on the tune stability in normal operation |
4.4.3 Comparing with the simulation by varying the wiggler gap |
4.4.4 Tune feedback for user operation |
4.5 Summary |
5 Proposals of Terahertz Generation at HLS-Ⅱ 119 |
5.1 Coherent synchrotron radiation and chicane structure |
5.1.1 Incoherent and coherent synchrotron radiation |
5.1.2 Magnetic chicane |
5.2 Low-alpha lattice |
5.2.1 PSO algorithm |
5.2.2 Path to the low-alpha lattice and its optics |
5.2.3 Optimization of dynamic aperture and second-order momen-tum compaction factor |
5.2.4 Operation parameters and collective instabilities |
5.3 Laser-bunch interaction |
5.3.1 Introduction |
5.3.2 Coherent synchrotron radiation form factor |
5.3.3 Laser bunch slicing method |
5.3.4 Simulation and results |
5.4 Summary |
6 Summary and Future Work |
6.1 Tune knob development for the HLS-Ⅱ storage ring |
6.2 Tune feedback system development for the HLS-Ⅱ storage ring |
6.3 Exploration of terahertz radiation in the HLS-Ⅱ storage ring |
6.4 Future work |
Bibliography |
Biography |
中文摘要 |
(7)合肥光源逐束团流强及高灵敏度工作点测量系统的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.1.1 同步辐射光源概述 |
1.1.2 合肥光源概述 |
1.1.3 课题研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 逐束团流强测量系统 |
1.2.1.1 基于BPM和信号的逐束团流强测量系统 |
1.2.1.2 基于同步辐射的逐束团流强测量系统 |
1.2.2 工作点测量系统 |
1.2.2.1 扫频激励法工作点测量系统 |
1.2.2.2 束流频谱分析(FFT)法工作点测量系统 |
1.2.2.3 锁相环法工作点测量系统 |
1.2.2.4 基于3D-BBQ技术工作点测量系统 |
1.3 论文主要内容和创新点 |
第二章 相关加速器物理 |
2.1 储存环中束流运动基本理论 |
2.2 储存环电子束的横向运动 |
2.2.1 基本物理模型建立 |
2.2.2 束流转换矩阵 |
2.2.3 β函数和横向β振荡 |
2.3 工作点 |
2.3.1 工作点测量 |
2.4 束流流强 |
2.4.1 束流流强测量 |
2.5 同步辐射 |
第三章 合肥光源逐束团流强测量系统 |
3.1 逐束团流强测量系统设计 |
3.1.1 B8光束线光路 |
3.1.2 同步光功率计算 |
3.1.3 系统组成 |
3.1.4 等效时间采样算法 |
3.2 HLS Ⅱ直流流强系统 |
3.2.1 DCCT系统 |
3.2.2 定标系数 |
3.3 实验结果及分析 |
第四章 合肥光源高灵敏度工作点测量系统 |
4.1 3D-BBQ理论 |
4.1.1 3D电路仿真分析 |
4.1.2 放电回路时间常数τ |
4.1.3 信噪比 |
4.2 合肥光源的3D-BBQ系统 |
4.2.1 合肥光源3D电路仿真分析 |
4.2.2 合肥光源3D前端电子学设计 |
4.3 实验结果及分析 |
第五章 总结与展望 |
5.1 本文总结 |
5.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文及参与科研情况 |
(8)基于FPGA的合肥光源工作点测量系统研制(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.1.1 合肥光源概述 |
1.1.2 工作点测量系统的意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 扫频法测量工作点 |
1.2.2 锁相环法测量工作点 |
1.2.3 束流频谱分析法测量工作点 |
1.2.4 其它工作点测量方案的介绍 |
1.3 论文主要内容 |
第二章 工作点测量相关理论 |
2.1 横向beta振荡与工作点 |
2.2 工作点测量原理 |
2.3 数字信号处理 |
2.3.1采样过程与采样定理 |
2.3.2 快速傅立叶变换FFT算法 |
第三章 HLSⅡ工作点测量系统 |
3.1 工作点测量系统架构 |
3.1.1 开发板介绍 |
3.1.2 ZYNQ-7010芯片简介 |
3.1.3 AX14总线协议介绍 |
3.2 前端模块 |
3.3 FPGA功能模块设计 |
3.3.1 白噪声信号激励的实现 |
3.3.2 扫频信号激励的实现 |
3.3.3 信号采集模块的实现 |
3.3.4 与ARM通信模块的实现 |
3.4 ARM处理模块 |
3.4.1 与FPGA通信模块设计 |
3.4.2 数据处理模块设计 |
3.4.3 SOCKET通信模块 |
3.5 软件界面控制模块 |
3.6 工作点测量系统的配置 |
第四章 相关实验结果与分析 |
4.1 在线实验平台搭建 |
4.1.1 基于频谱仪的实验平台 |
4.1.2 基于FPGA的工作点测量系统实验平台 |
4.2 工作点测量在线实验 |
4.2.1 基于频谱仪的工作点测量 |
4.2.2 基于FPGA的工作点测量 |
4.2.3 对比结果与讨论 |
第五章 总结与展望 |
5.1 课题总结 |
5.2 课题展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(9)合肥光源储存环工作点测量系统设计(论文提纲范文)
1 测量原理 |
2 测量系统设计 |
2.1 FPGA功能模块设计 |
2.1.1 白噪声激励信号的实现 |
2.1.2 扫频激励信号的实现 |
2.2 ARM处理模块 |
2.3 软件界面控制 |
3 主要性能测试与讨论 |
3.1 工作点频谱 |
3.2 测量精度 |
4 结论 |
(10)基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.1.1 合肥光源概述 |
1.1.2 逐束团流强测量的意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 论文的主要内容 |
第二章 束流流强测量的相关理论 |
2.1 束流流强测量的基本原理 |
2.1.1 束流信号 |
2.1.2 BPM探测电极及其频率响应 |
2.2 束团的纵向振荡对逐束团流强测量系统带来的影响 |
2.3 束团伸长效应对逐束团流强测量系统带来的影响 |
2.4 逐束团寿命的测量 |
第三章 HLS Ⅱ逐束团流强测量系统 |
3.1 逐束团流强测量系统架构 |
3.2 采样芯片AD9230 |
3.2.1 AD9230的内部结构和特点 |
3.2.2 AD9230工作时序 |
3.3 FPGA芯片 |
3.3.1 FPGA简介 |
3.3.2 FPGA的配置 |
3.3.3 本系统中FPGA的功能 |
3.4 USB芯片 |
3.4.1 CY7C68013A芯片的特点 |
3.4.2 USB固件程序设计 |
3.4.3 USB驱动程序制作 |
第四章 数据通信及处理算法 |
4.1 LabVIEW数据获取 |
4.1.1 LabVIEW与USB的通信 |
4.1.2 LabVIEW与EPICS 的通信 |
4.2 系统工作流程 |
4.3 数据处理算法 |
4.3.1 采样数据的转换 |
4.3.2 寻找最佳采样时钟相位值 |
4.3.3 逐束团流强的标定算法 |
4.3.4 束团纵向工作点的测量算法 |
第五章 逐束团流强测量系统的在线测试 |
5.1 在线测试平台的搭建 |
5.2 实验结果与分析 |
5.2.1 逐束团流强测量结果数据分析 |
5.2.2 纵向工作点的测量 |
5.2.3 测量结果的线性拟合 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在攻读硕士学位期间发表的论文 |
四、合肥光源的工作点测量系统(论文参考文献)
- [1]合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断[J]. 唐雷雷,卢平,孙葆根,周泽然,吴睿喆. 强激光与粒子束, 2021(10)
- [2]储存环逐束团三维位置测量技术研究[D]. 周逸媚. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2020(01)
- [3]重离子治疗装置的准直关键技术研究与应用[D]. 陈文军. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2020(01)
- [4]条带型纳秒脉冲冲击器设计研究[D]. 刘伟. 中国科学技术大学, 2020
- [5]数字化束流信号处理器在逐束团电荷量及工作点测量中的应用技术研究[D]. 陈方舟. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2019(07)
- [6]基于合肥光源储存环的工作点稳定性与太赫兹辐射的研究[D]. 王思伟. 中国科学技术大学, 2019(08)
- [7]合肥光源逐束团流强及高灵敏度工作点测量系统的研究[D]. 周天雨. 中国科学技术大学, 2018(08)
- [8]基于FPGA的合肥光源工作点测量系统研制[D]. 段青明. 中国科学技术大学, 2017(01)
- [9]合肥光源储存环工作点测量系统设计[J]. 段青明,杨永良,吴芳芳,孙葆根,唐雷雷. 核电子学与探测技术, 2017(01)
- [10]基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制[D]. 刘传生. 中国科学技术大学, 2016(01)