SHINE直线加速器BPM系统关键技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴桐 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 冷用斌 |
| 关键词 | 上海高重频自由电子激光 感应电极型BPM系统 位置分辨率 性能分析 |
| 英文摘要 | 上海高重频自由电子激光装置(SHINE)项目是是中国在建的连续波硬X射线自由电子激光用户装置,建设内容主要包括一台8GeV的超导直线加速器,三条波荡器线,三条光学束线与首批十个实验站,建成后将提供0.4-25ke V能量范围内的光子。而作为自由电子激光装置调试、验收以及运行过程中的重要手段与工具,束团诊断系统在FEL装置的运行与优化过程中,一直发挥着关键作用。基于直线加速器的物理特点与设计需求,选择了电极感应型BPM系统作为束流位置测量的工具,位置分辨率要求分别达到了10μm@100pC(条带型BPM)与200μm@10pC(纽扣型BPM)。在此背景下,为了最优化系统设计,保证SHINE上感应电极型BPM系统工程项目的顺利进展,本课题将对感应电极型BPM系统的优化设计方法进行研究,对工程的最优化设计给出建议并提供一定程度的理论支撑。本课题研究内容将从电极感应型BPM的基本原理出发,讨论感应电极型BPM设计研发过程中的技术难点与制约条件,并基于现实条件总结了感应电极型BPM系统的常见结构与使用范围。在此基础上,总结出影响感应电极型BPM系统位置测量分辨率的各项关键参数,分别讨论其影响趋势,并定量给出其与系统测量分辨率的数学关系。研究工作将分为三个阶段依次进行:1、结合基础理论、具体束流实验与工程经验,总结凝练感应电极型BPM系统中的关键参数,分析其在感应电极型BPM系统中发挥影响的方式与途径。具体研究工作中,将电极感应型BPM系统分为物理探头、模拟信号调理模块、信号采集模块与数字信号处理模块四部分,从理论模型出发,归纳各部分中可能变动的物理参数,并从中提取出影响显著的关键参数。对于现有理论无法直接确定或进行定量描述的关键参数,例如前端噪声、通带范围等,通过标定实验或仿真实验给出目标条件下,其影响趋势的近似数学模型,并划定其适用范围。2、用软件完成感应电极型BPM系统的数值仿真。分析确定系统关键参数后,用数值仿真软件完成不同参数组合下的信号采集及处理过程模拟,并用蒙特卡洛方法计算出相应的系统测量分辨率。仿真软件的正确性,将采用SXFEL装置上的束流实验进行验证。3、总结各关键参数与系统测量分辨率的定量关系,并整理成经验公式。在课题研究的动态范围内,利用仿真软件生成广泛的模拟结果,以此拟合得到关键参数的影响趋势,并找到对应数学模型进行描述。在此过程中,也对经验公式的使用范围与约束条件进行讨论。在此基础上,针对SHINE中感应电极型BPM的研制难点,通过已有的数学模型给出系统最优化设计方向。研制得到的SHINE装置直线加速器coldBPM样机在目标条件下达到了48.7dB的信噪比,超过了系统测量分辨率200μm@10pC对应的信噪比34.5dB,满足SHINE的物理设计需求。这一结果验证了该数学模型的有效性。本课题完成了对感应电极型BPM系统“实验器件→仿真软件→数学模型”这三个阶段渐进式地研究,主要贡献与创新点在于提供了感应电极型BPM的系统性设计优化工具,并且最终用数字模型完成了对该系统整体性的描述。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33851]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴桐. SHINE直线加速器BPM系统关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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