合肥光源高亮度注入器束流测量系统的研制

摘要

束流测量诊断技术是每个加速器必不可少的部件,它作为加速器的“感觉器官”,描述了束流的特性和行为,对机器状态的测量和性能的改善起着至关重要的作用。本论文正是在此背景下,利用合肥光源高亮度注入器装置,对束流测量的一些方法进行了研究,为注入器束流品质的提高提供了必要的手段和依据。本文的重点是介绍合肥光源高亮度注入器束流测量系统中用到的各种测量方法、束流测量系统的研制以及束流测量系统在束流参数测量上的应用。
　　 本文首先介绍了合肥光源高亮度注入器的系统构成以及各个子系统的功能和相关参数,然后对合肥光源高亮度注入器束流测量系统的研制、测量和应用进行了详细的讨论。
　　 针对束团横向尺寸的测量,我们选择了YAG晶体屏和GigE Vision网络相机的方案。利用该系统,我们实现了相机缩放比(物体实际尺寸与其在图像中所占像素个数之比)的快速测量,同时测量了不同机器参数下,不同位置处的束团横向尺寸,并对束团尺寸测量中存在的误差进行了分析。
　　 针对低发射度的测量,我们在合肥光源高亮度注入器实验平台上开展了一系列先进束流测量方法的研究。在极低电荷量的情况下,我们利用补偿线圈扫描法测量了电子热发射度。在高电荷量的情况下,我们设计并搭建了多狭缝法和单狭缝法发射度测量系统用于测量空间电荷占优的电子束发射度,并对两种测量结果进行了比较。
　　 针对束流流强的测量,我们采用了非拦截式的积分流强变压器和快速束流变压器,并开发了基于Matlab和示波器的在线束流流强测量系统。利用该测量系统,我们不仅测量了束团的电荷量,还测量了不同速调管功率下,暗电流电荷量随补偿线圈电流的变化趋势以及铜阴极材料的量子效率。
　　 针对能量及能散的测量,我们采用了磁分析系统,通过模拟计算选择了合适的真空管道尺寸。利用该系统,我们测量了不同速调管功率下的电子能量。
　　 针对束流位置的测量,我们采用了条带束流位置探测器和数字束流位置处理器Libera的解决方案。利用该系统,我们测量了机器运行状态过程中束流位置的变化,并将条带束流探测器测量得到的束流流强信息和积分流强变压器的测量结果进行了比较。
　　 最后,针对我们在机器运行和测量过程中存在的问题进行了分析和讨论,并对下一步的高亮度注入器优化工作提出了相应的建议。
　　 本论文工作得到了国家985项目“高亮度注入器”(173123200402002)和自然科学基金项目(10875117)的支持。