基于條紋相機(jī)的束流測(cè)量系統(tǒng)研制及其相關(guān)研究.pdf

1、在國(guó)內(nèi)外的加速器裝置和束流測(cè)量與診斷技術(shù)中，條紋相機(jī)發(fā)揮了極其重要的作用。本文研制的基于條紋相機(jī)的束流測(cè)量系統(tǒng)為在合肥光源電子儲(chǔ)存環(huán)上進(jìn)行各種加速器物理研究提供了有效的手段和研究平臺(tái)，利用該系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 介紹了合肥光源條紋相機(jī)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(xì)描述了條紋相機(jī)軟硬件配置。
　　 進(jìn)行了條紋相機(jī)前端光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制。根據(jù)同步光的亮度，在高流強(qiáng)時(shí)，基

2、于透鏡組進(jìn)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(shè)計(jì)了高流強(qiáng)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)；在低流強(qiáng)時(shí)，為增強(qiáng)條紋相機(jī)的輸入光亮度，采用擴(kuò)大輸入光譜范圍，提出基于反射光學(xué)方案消除色散效應(yīng)，設(shè)計(jì)了低流強(qiáng)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)從運(yùn)行的多束團(tuán)中選取單個(gè)束團(tuán)的功能，提出基于普克爾斯效應(yīng)設(shè)計(jì)了光脈沖選取系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)逐束團(tuán)測(cè)量、準(zhǔn)確觀測(cè)束流不穩(wěn)定性和束流勢(shì)阱扭曲提供了有效手段。為了觀測(cè)束團(tuán)的三維尺寸，基于杜夫棱鏡的特性設(shè)計(jì)了束團(tuán)橫向尺寸測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)。

3、
　　 進(jìn)行了條紋相機(jī)光功率控制系統(tǒng)的研制。采用光功率探測(cè)器探測(cè)條紋相機(jī)的輸入光功率；根據(jù)測(cè)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(tái)控制光功率探頭和中性密度濾光片在光束通道中的位置?；诰W(wǎng)絡(luò)和光纖設(shè)計(jì)了上位機(jī)與該系統(tǒng)中設(shè)備的通訊，增強(qiáng)了系統(tǒng)在強(qiáng)電磁環(huán)境中的抗干擾性。進(jìn)行了條紋相機(jī)時(shí)序控制系統(tǒng)研制。為了保證同步性，各子系統(tǒng)的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)均是從高頻信號(hào)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(shí)鐘

4、觸發(fā)信號(hào)的大小。為實(shí)現(xiàn)逐束團(tuán)測(cè)量，研制了觸發(fā)脈沖延遲的電子學(xué)電路。對(duì)時(shí)序控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明各時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)滿足整個(gè)條紋相機(jī)測(cè)量的要求。
　　 介紹了基于條紋相機(jī)測(cè)量的相關(guān)理論，包括束流尾場(chǎng)、耦和阻抗、勢(shì)阱效應(yīng)、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(shì)阱效應(yīng)對(duì)束團(tuán)分布的影響，得到環(huán)阻抗分別為純電感和純電阻時(shí)的束團(tuán)縱向分布的數(shù)學(xué)模型，通過模擬計(jì)算得到合肥光源束團(tuán)縱向分布與電感和電阻的關(guān)系式；給出

5、了束團(tuán)發(fā)生縱向不穩(wěn)定性時(shí)各種振蕩模式的物理圖像；介紹了高頻相位調(diào)制對(duì)束流縱向動(dòng)力學(xué)以及束流壽命的影響，給出了高頻調(diào)制時(shí)的束流運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而得到在不同調(diào)制頻率時(shí)束團(tuán)縱向動(dòng)力學(xué)圖像；分析了高頻調(diào)制對(duì)束團(tuán)分布和束流壽命的影響。這些理論為基于條紋相機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 利用研制的基于條紋相機(jī)束流測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。分別在單束團(tuán)和多束團(tuán)運(yùn)行模式下，進(jìn)行了束團(tuán)長(zhǎng)度拉伸效應(yīng)的研究、束團(tuán)長(zhǎng)度隨腔壓變化關(guān)系的研究、束

6、團(tuán)勢(shì)阱扭曲效應(yīng)的觀測(cè)以及縱向振蕩觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)束團(tuán)長(zhǎng)度拉伸規(guī)律計(jì)算出合肥光源低頻縱向?qū)拵я詈献杩梗桓鶕?jù)束團(tuán)勢(shì)阱扭曲效應(yīng)計(jì)算出縱向?qū)拵я詈献杩怪械碾娮栊宰杩?；在?guó)內(nèi)首次采用對(duì)束團(tuán)振蕩圖像進(jìn)行快速傅罩葉變換(FFT)的方法同步獲取束團(tuán)振蕩的頻率信息，驗(yàn)證束團(tuán)的縱向振蕩．模式。進(jìn)行了高頻相位調(diào)制對(duì)多束團(tuán)縱向動(dòng)力學(xué)和束團(tuán)壽命影響的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明，高頻相位調(diào)制引起束團(tuán)內(nèi)部粒子縱向分布發(fā)生變化并延長(zhǎng)了束流壽命。進(jìn)行了束團(tuán)橫向尺寸的測(cè)量。最