兰州重离子加速器冷却储存环磁场测量系统

文章涉及兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)的磁场测量系统。对霍尔片点测量系统、积分长线圈测量系统和谐波线圈测量系统的构成、控制与获取系统,以及新建成设备和探头的结构特点、参数作了详细描述。本测磁系统的精度和重复性完全满足CSR大型高精度磁铁测量的需要,已经完成了对CSRm注入线所有二极磁铁和四极磁铁的测量,正在进行其它各类磁铁的测量。     

ADS注入器I超导短磁铁研制及测试

加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)注入器I超导磁铁经过2012年模型磁铁(300 mm长磁铁)阶段后,因加速器物理设计需要,磁铁机械长度缩短到170 mm,截至到2014年共经过了三种结构类型的超导磁铁的研制。2014年7月在哈尔滨工业大学进行短磁铁的低温垂直测试,磁铁的各项性能指标都满足了设计要求,同时也验证了失超探测和磁场测量设备的可靠性。本文主要介绍170 mm长短磁铁的物理及结构、电流引线、失超保护以及超导磁铁裸磁铁的低温垂直测试情况。目前有两块超导短磁铁,两个超导腔已装入到测试恒温器中,并实现了2.1 K下的低温运行,超导磁铁的运行平稳,电流引线常温端也无结霜现象。     

BEPCⅡ超导插入四极磁体冷却流程的数值分析

按北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）计划，为压缩束团尺寸、提高探测器的分辨率以及粒子识别能力，在南对撞区分别安装1对强聚焦超导插入四极磁体（SCQ）和1台超导螺线管探测器磁体（SSM）。本文针对1对超导插入四极磁体的冷却，采用数值模拟的方法给出了SCQ磁体分别采用超临界氦流和过冷氦流两种冷却方式下冷却流程的热力参数，通过对模拟结果的分析，给出了适合该超导插入四极磁体的冷却方式和正常运行的热力参数。还给出了该低温系统关键设备之一的过冷器的设计方法以及设计参数。      

BEPCⅡ直线加速器束流位置探测器零点误差的测量

本工作测量了BEPCⅡ直线加速器条形束流位置探测器(BPM)的电中心与四极铁中心的偏差。简述了BEPCⅡ直线加速器的轨道校正系统及其在束流轨道校正在线反馈控制中的作用,说明了BPM零点误差的意义,叙述了利用在线束流进行BPM零点误差测量的原理和方法,并给出测量结果,说明这种测量方法是行之有效的。     

BEPCII超导磁铁位置监测系统

电容传感器通常用于间隙测量。介绍了一种使用多个电容传感器联合监测BEPCⅡ超导磁铁位置的设计方案,包括传感器使用方案设计、位移和转角测量值计算方法、系统结构设计、监控软件设计。最后通过实验验证了本方案的可行性和测量的精确性。     

BEPCⅡ预安装准直测量方案设计

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)是国家重大科学工程项目。BEPCⅡ的预安装准直测量采用SMX公司的激光跟踪仪，将BEPCⅡ储存环半个支架单元的B铁、S铁、Q铁和真空盒等设备安装到支架上，并对每个设备进行测量调整。经过坐标变换，转化为B铁磁铁坐标系，更直观地表现了各个部件之间的相互关系。经过误差分析，确立了测量的精度和准确度。     

PSC/PSI电源控制器在BEPCII样机电源中应用研究

BEPCII储存环的磁铁电源系统、按磁铁种类及供电方式,分为B铁电源、Q铁电源、S铁电源、斜四极子电源、校正磁铁电源、超导磁铁电源、同步辐射插入件4W1电源。由于储存环磁铁电源需要重新设计,并且数量由原来的97台增加到350台左右,所以储存环磁铁电源控制系统需要重建。为保证较高的控制精度和提高系统的抗干扰能力,采用美国SNS实验室研制的电源控制器(PSC／PSI)。介绍了PSC／PSI电源控制器在BII样机电源中应用,解决了接地的规范问题,避免了各种干扰。     

北京正负电子对撞机校正磁铁电源样机控制系统

在北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPCⅡ初步设计)中,储存环校正磁铁电源将采用VME I/O模块直接控制的方式,描述了在实验物理和工业控制系统(EPICS)环境下开发VME I/O模块的驱动程序,以及硬件连接和应用软件的开发与调试,包括数据库记录的建立和人机界面的开发等,最后实现了通过SUN工作站上运行的人机操作界面对校正磁铁电源进行开关机、升降流和状态监视等操作.     

散裂中子源Quadrupole-D漂移管磁铁的研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)漂移管直线加速器(Drift Tube Linac,DTL)高能段由9 m长的腔和27台Quadrupole-D型漂移管构成,负责把H~-由60 MeV加速到80 MeV。漂移管Quadrupole-D磁铁采用国际先进的SAKAE结构,结构紧凑,孔径小,最大励磁电流396 A,漂移管外壳采用全无氧铜电子束焊接,加工和磁测精度要求高。按物理要求仿真设计了Quadrupole-D四极磁铁,给出了磁铁基本参数模拟数值。对磁铁进行霍尔测量,计算了Quadrupole-D磁铁的有效长度为71.8 mm,测量值偏差2.6%,积分场0.966 T,测量值偏差2.2%,中心位置横向磁场梯度测量值偏差0.4%,平整度优于0.003,满足物理要求。在漂移管机械加工过程中,利用自主研制的高精度旋转测量系统测量,27台Quadrupole-D磁铁的高次谐波均小于3.5×10~(-3),24台漂移管磁中心加工偏差达到小于0.03 mm,三台磁中心加工偏差在0.03～0.05 mm,满足要求。对一台磁铁进行额定电流运行测试,线圈表面温升约12℃,9 h运行稳定。     

18 CYCIAE-100回旋加速器主磁铁电磁力和形变的数值模拟

在CYCIAE-100回旋加速器的整体设计中，满足各种束流动力学要求的磁场分布的实现是最为关键的环节之一。在紧凑型回旋加速器中，磁铁的形变将严重影响中心平面及其附近的磁场分布。导致磁铁变形的主要因素有磁铁自身的重力、电磁力和外界的大气压力。其中对于重力和电磁力引起的磁铁形变，如果变形足够小，可留待磁场测量和垫补阶段处理；如果变形较大，则需在设计阶段对气隙的结构尺寸加以补偿。而对于大气压力引起的磁铁变形，由于磁场测量是在非真空条件下进行，因此需详细分析这样的变形对磁场的影响，为大气下测磁数据的真空校正处理提供依据。总之，主磁铁的结构力学研究对于CYCIAE-100最终磁场达到高的精度有重要意义。     

BEPCⅡ周边土壤及关键部件的感生放射性测量

用高纯锗γ谱仪测量北京正负电子对撞机周边土壤及关键部件的感生放射性。通过测量,得到BEPCⅡ环境土壤样品的γ放射性核素含量,对比BEPCⅡ运行前的测量结果表明:BEPCⅡ的运行未增加周边土壤的放射性核素成分和含量。对加速器隧道内的几处关键部件进行γ放射性核素测量,发现隧道内部件均受到不同程度的活化。     

电源控制器及接口PSC/VME-PSI在BEPCⅡ校正子电源控制中的应用

介绍了电源控制器及接口PSC/VME-PSI在BEPCⅡ校正子电源控制中的应用以及VME-PSI机箱和转接插件PSI-RTM-D的研制.使用VME-PSI插件、VME-PSI机箱和转接插件PSI-RTM-D与电源控制器PSC进行了控制精度和稳定度实验,VME-PSI的模数转换器ADC回采的稳定度可达10-4,可以满足BEPCⅡ校正子电源控制精度和稳定度为10-4的要求.     

上海同步辐射装置平移长线圈磁测机的研制

描述了上海同步辐射装置(SSRF)平移长线圈磁测机的设计和制造。磁测机包括的硬件主要有：测量线圈、直线运动平台、高精度数字积分仪、步进电机控制卡、高稳定度电源、直流电流传感器、6位半数字电压表、通用接口总线(GPIB)接口卡及高精度编码器等。磁场测量和数据分析程序采用LabVIEW编制。该磁测机已测量了SSRF储存环二极磁铁的样机，效果良好，能做到灵活、快速和自动化地测量积分场。     

改进型PSI在BEPCII电源控制系统中的应用

BEPCII约有460台磁铁电源分布于储存环和输运线上,这些电源都是由电源控制器及接口PSC/PSI进行开关机、升降电流的控制.目前,新的电源控制接口PSI-Ⅱ已经完成了开发,即将替代BEPCⅡ电源控制系统中原有的PSI.首先描述了PSI-Ⅱ的系统结构、组成部分以及其改进之处,然后,讨论了PSI-Ⅱ的性能测试和在电源控...     

一种基于伸展线法的小孔径四极磁铁测量方法

针对目前多极磁铁孔径越来越小的发展趋势，搭建了一种基于单根伸展线法(Single Stretched Wire Method,SSWM)的磁测系统，该系统的主要优势是测量域所需空间小且运动模式灵活。基于该系统的优势及四极磁铁磁场分布的特点，尝试使用双曲线轨迹对四极磁铁靠近其四个极头的区域进行了扫描测量，并根据矢势在测量点分布的特性，提出了一种全新的数据分析方法，用以分析四极磁铁的梯度积分和高阶场误差。用该系统对一孔半径为11 mm、梯度大于100 T·m^-1的四极磁铁进行测量，测量结果表明高阶场误差测量重复性好于±1.5×10^-4，能满足小孔径高梯度四极磁铁的磁场测量要求。     

基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现

BEPCⅡ加速器的束流位置测量系统（BPM）模拟电子学经过十余年的运行逐渐老化,故障率上升,亟需进行升级改造。本文根据该需求,自行设计了基于BEPCⅡ系统参数的数字BPM电子学系统,内容包括模拟信号处理电子学、数字信号处理电子学、BPM固件算法逻辑、数据获取软件以及系统测试等多个部分。设计的数字BPM电子学系统经实验板级性能测试、实验室系统测试以及在线束流测试,结果表明该系统能满足BEPCⅡ装置对束流位置测量的需求。     

SC200超导回旋加速器磁场垫补方法研究

考虑磁铁材料的非线性、不均匀性以及有限元数值计算的精度有限,在设计主磁铁时都留有一定裕量,在完成磁铁加工组装后,根据磁场的实际测量结果对磁铁进行垫补获得理想的目标磁场分布,这样可以保证工程稳妥实施。因此磁铁垫补是加速器主磁铁设计制造的一个重要环节。本文基于SC200主磁铁模型,利用有限元分析软件TOSCA,首先研究了不同的磁极切削参数对中平面主磁场的响应影响;其次考虑到相邻切槽对中平面磁场影响的叠加效应,从理论上推导出一种求解垫补量的方法;最后通过模拟的方法验证了磁场垫补的可行性,为将来实际磁场垫补提供了有效的依据。     

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)束流注入区辐射场研究

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)正负电子束流注入阶段的束流损失,影响储存环束流注入区及防护区辐射场。本文利用束流损失监测系统(BLM系统)分析了束流注入阶段注入区束流损失的位置和束流损失率,并结合FLUKA软件模拟计算对撞实验模式下束流注入阶段注入区的辐射场。结果表明:注入阶段注入区及其下游束流损失明显;辐射场内粒子能谱情况是中子为宽能谱且各向同性,切割磁铁 (铁靶)出射蒸发谱峰窄,峰值约为0.9 MeV,直接发射谱不显著;真空管(铝靶)出射蒸发谱峰宽且直接发射谱显著,峰值分别为4 MeV和20 MeV;光子能谱峰窄且前向性明显,能量在5 MeV以下分布集中;中子与光子剂量率水平相当;注入阶段比非注入阶段剂量率高约2个数量级;对撞实验模式下,实验测量整个运行阶段储存环光子剂量率平均水平约为1 000 μSv/h,中子剂量率比光子剂量率低1个数量级。     

多路温度监测系统研制

本论文主要讲述了一种服务于CSR磁场安全的多路(64路)磁铁温度测量系统.根据CSR工程的要求,该温度测量系统能对磁铁线圈中的数百个点进行测温,并达到±1℃的测温精度.文中详细阐述了以MSP430F149为主控芯片的系统软硬件的研究、设计和实现.     

基于小波分析的有源滤波器技术研究

现代先进的高能加速器对束流的稳定性提出了越来越高的要求,而磁铁电源输出电流的稳定性是直接影响束流品质的主要因素之一。基于小波分析的有源滤波器针对北京正负电子对撞机(BEPC II)中部分直流磁铁电源输出电流纹波过大的问题,利用小波分析对电源输出电流数据进行谐波分析,得出电源输出电流纹波中各个频段内谐波的信息,并根据该信息输出幅值相等、方向相反的纹波电流,用于抵消磁铁电源输出电流中的纹波,达到降低纹波含量、提高电源输出质量的目的。利用Matlab对该有源滤波器的工作进行仿真,并在小电源样机上对仿真结果进行实验验证。