基于條紋相機的束流測量系統(tǒng)研制及其相關研究.pdf

1、在國內(nèi)外的加速器裝置和束流測量與診斷技術中，條紋相機發(fā)揮了極其重要的作用。本文研制的基于條紋相機的束流測量系統(tǒng)為在合肥光源電子儲存環(huán)上進行各種加速器物理研究提供了有效的手段和研究平臺，利用該系統(tǒng)進行了一系列的實驗研究。
　　 介紹了合肥光源條紋相機的各種工作模式的工作原理，包括聚焦模式、單軸掃描模式和雙軸掃描模式，詳細描述了條紋相機軟硬件配置。
　　 進行了條紋相機前端光學系統(tǒng)設計和研制。根據(jù)同步光的亮度，在高流強時，基

2、于透鏡組進行像差校正和光束聚焦并利用窄帶濾光片使輸出光束單色化，設計了高流強測量光學系統(tǒng)；在低流強時，為增強條紋相機的輸入光亮度，采用擴大輸入光譜范圍，提出基于反射光學方案消除色散效應，設計了低流強測量光學系統(tǒng)。為了實現(xiàn)從運行的多束團中選取單個束團的功能，提出基于普克爾斯效應設計了光脈沖選取系統(tǒng)，為實現(xiàn)逐束團測量、準確觀測束流不穩(wěn)定性和束流勢阱扭曲提供了有效手段。為了觀測束團的三維尺寸，基于杜夫棱鏡的特性設計了束團橫向尺寸測量光學系統(tǒng)。

3、
　　 進行了條紋相機光功率控制系統(tǒng)的研制。采用光功率探測器探測條紋相機的輸入光功率；根據(jù)測量需要，使用中性密度濾光片控制光功率大小；采用電控位移臺控制光功率探頭和中性密度濾光片在光束通道中的位置。基于網(wǎng)絡和光纖設計了上位機與該系統(tǒng)中設備的通訊，增強了系統(tǒng)在強電磁環(huán)境中的抗干擾性。進行了條紋相機時序控制系統(tǒng)研制。為了保證同步性，各子系統(tǒng)的時鐘觸發(fā)信號均是從高頻信號分頻獲得。為滿足幅度要求，采用了寬帶放大器、衰減器和功分器控制時鐘

4、觸發(fā)信號的大小。為實現(xiàn)逐束團測量，研制了觸發(fā)脈沖延遲的電子學電路。對時序控制系統(tǒng)的性能進行了測試，結果表明各時鐘觸發(fā)信號滿足整個條紋相機測量的要求。
　　 介紹了基于條紋相機測量的相關理論，包括束流尾場、耦和阻抗、勢阱效應、縱向微波不穩(wěn)定性以及由于高頻腔和壁阻抗引起的束流不穩(wěn)定性。根據(jù)勢阱效應對束團分布的影響，得到環(huán)阻抗分別為純電感和純電阻時的束團縱向分布的數(shù)學模型，通過模擬計算得到合肥光源束團縱向分布與電感和電阻的關系式；給出

5、了束團發(fā)生縱向不穩(wěn)定性時各種振蕩模式的物理圖像；介紹了高頻相位調(diào)制對束流縱向動力學以及束流壽命的影響，給出了高頻調(diào)制時的束流運動方程，進而得到在不同調(diào)制頻率時束團縱向動力學圖像；分析了高頻調(diào)制對束團分布和束流壽命的影響。這些理論為基于條紋相機測量系統(tǒng)的相關實驗研究奠定了基礎。
　　 利用研制的基于條紋相機束流測量系統(tǒng)進行了相關實驗研究。分別在單束團和多束團運行模式下，進行了束團長度拉伸效應的研究、束團長度隨腔壓變化關系的研究、束

6、團勢阱扭曲效應的觀測以及縱向振蕩觀測的實驗研究。根據(jù)束團長度拉伸規(guī)律計算出合肥光源低頻縱向?qū)拵я詈献杩梗桓鶕?jù)束團勢阱扭曲效應計算出縱向?qū)拵я詈献杩怪械碾娮栊宰杩?；在國?nèi)首次采用對束團振蕩圖像進行快速傅罩葉變換(FFT)的方法同步獲取束團振蕩的頻率信息，驗證束團的縱向振蕩．模式。進行了高頻相位調(diào)制對多束團縱向動力學和束團壽命影響的實驗研究，實驗表明，高頻相位調(diào)制引起束團內(nèi)部粒子縱向分布發(fā)生變化并延長了束流壽命。進行了束團橫向尺寸的測量。最