检索结果-内蒙古大学图书馆

工程科学与技术 2025年第1期57卷 339-346页

作者：范永山杜畅通张化一郑曙昕姚红娟邢庆子王学武闫逸花王敏文王忠明清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084 清华大学先进辐射源及应用实验室北京100084 清华大学工程物理系北京100084 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室陕西西安710024

在重离子同步加速器运行过程中需要维持超高真空,降低束流与残余气体的碰撞概率,从而提高束流寿命。具体要求一般为:真空管道内的平均真空度达到超高真空度(10^(–10)Pa量级),并且管道内各处真空度均优于设计值。本文研究了重离子同步... 详细信息

在重离子同步加速器运行过程中需要维持超高真空,降低束流与残余气体的碰撞概率,从而提高束流寿命。具体要求一般为:真空管道内的平均真空度达到超高真空度(10^(–10)Pa量级),并且管道内各处真空度均优于设计值。本文研究了重离子同步加速器中超高真空系统的实现方法,即使真空泵不能均匀分布在束线上,也可以实现真空管道内各处真空度均优于设计指标。采用的主要技术路线是,降低束流管道材料的比放气率,同时增大真空泵组的抽速。具体实施方案是:通过在真空管道内表面镀非蒸发型吸气剂(NEG)薄膜及高温烘烤真空管道降低束流管道材料的比放气率;设计使用大抽速钛升华泵(TSP)以增加真空泵抽速。其中,NEG镀膜技术既可以阻隔真空管道内壁的放气,又有吸气的效果,可以提高真空管道内各处的真空度。以上超高真空系统实现方法已应用于西安200 MeV质子应用装置(XiPAF)重离子升级工程中的重离子同步加速器的真空系统设计。真空管道内表面的NEG薄膜的吸速为0.5 L/(s·cm^(2));在重离子同步加速器上配置36台钛升华泵,每台钛升华泵对氢气的有效抽气量为2200 L/s;应用Molflow+软件模拟XiPAF重离子同步加速器真空管道内部的真空度分布。通过设计优化,计算表明该加速器在运行时预计平均真空度可以小于5×10^(–10)Pa,沿环形管道各处的真空度也均小于5×10^(–10)Pa,满足同步环物理设计要求。

关键词：重离子同步加速器超高真空系统钛升华泵比放气率 NEG薄膜

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重离子同步加速器BPM数字信号处理算法的研究

重离子同步加速器BPM数字信号处理算法的研究

引用

作者：魏晓娟中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

学位级别：博士

束流位置测量(BPM)系统是重离子同步加速器束流诊断系统的核心组成部分,其中涉及的数字信号处理算法是决定BPM系统高速度、高精度和高分辨率等基本性能的关键因素之一。随着物理实验需求的多样化和复杂化,实时信号处理算法也随之面临新... 详细信息

束流位置测量(BPM)系统是重离子同步加速器束流诊断系统的核心组成部分,其中涉及的数字信号处理算法是决定BPM系统高速度、高精度和高分辨率等基本性能的关键因素之一。随着物理实验需求的多样化和复杂化,实时信号处理算法也随之面临新的挑战:不仅要充分考虑BPM系统的实时性需求,还需要综合考虑加速过程中外部环境的不确定性等问题。通过不同的信号处理算法可以实现逐束团位置测量、高速的束流轨道以及高精度低速的束流轨道测量,以便对加速器进行闭轨校正,同时也可以帮助物理人员研究束流不稳定性以及进行一些精细的束流光学研究。论文基于束流位置测量原理,研究了重离子同步加速器的逐束团位置测量算法,主要包括信号滤波算法,逐束团检测算法,束流位置计算算法及其改进算法等的研究。着重研究了目前典型的逐束团束流位置计算算法:积分算法、RSS(Root-Sum-Square)算法、STD(Standard Deviation)算法,并基于此基础提出了一种总体最小二乘(TLS)算法应用于束流位置计算中。为了验证算法的有效性和实时性,将算法移植到了高速采集板卡,完成了实验室测试和在线束流测试。主要研究内容包括:1.针对重离子同步加速器束流信号的特点,分别利用指数加权移动平均(EWMA)滤波算法和归一化最小均方自适应(NLMS)滤波算法对BPM信号进行滤波。对两种滤波器进行对比分析后,考虑到硬件资源占用及运行时间情况,最后选择指数加权移动平均(EWMA)滤波算法对BPM信号进行滤波处理。2.研究了两种逐束团信号检测算法:Bunch-by-bunch检测算法和T Bunch-by-bunch检测算法。Bunch-by-bunch检测算法主要使用双阈值检测算法来检测逐束团信号,该算法在束流信号信噪比好的情况下能够有效获取逐束团信号。T Bunch-by-bunch检测算法则是通过外部高频参考信号检测逐束团信号,可以根据实际情况调整束流有用信号占空比来获取有效束团信号。3.研究和比较了三种束流位置计算算法:积分算法、RSS算法、STD算法。通过建立三角形束流模型,研究了三种算法的位置不确定性以及与普通最小二乘法之间的关系。同时建立高斯束流模型用于验证上述三种算法的有效性,结果表明STD算法有较大优势,主要体现在对AC耦合导致的基线漂移以及共模差模干扰、低频噪声有抗干扰性。4.重离子同步加速器在ramping模式下,回旋频率越来越高,而ADC采样率固定,由此使得单个束团采样点数减少。此外束团压缩也会导致束团点数减少,从而影响位置分辨率。针对此问题提出一种频域插值算法对采样信号插值,在频域信息不丢失的前提下用来提高位置分辨率。5.近期GSI提出的STD算法未考虑自变量误差对束流位置计算的影响。基于对STD算法的研究,提出一种带EWMA滤波器的总体最小二乘(TLS)算法应用于束流位置计算。利用模拟束流信号、实验室标定平台BPM信号和兰州重离子研究装置(HIRFL-CSRm)主环的在线束流信号分别对该算法进行了验证。验证分析表明,该算法能够提高逐束团束流位置的计算精度,在较低信噪比时,对噪声的鲁棒性明显优于其他算法。6.基于硬件平台的测试。在FPGA中编码实现了典型BPM束流位置测量算法,将算法移植到了高速采集板卡,进行了实验室测试和在线束流测试,并与商用产品Libera Hadron测试结果进行了对比分析。结果表明,与Libera Hadron相比,本系统性能均有提升,特别在信号强度较低时,具有更高的位置测量精度和位置分辨率,能够满足测量需求。

关键词：重离子同步加速器束流位置测量逐束团 TLS

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重离子同步加速器慢引出研究

重离子同步加速器慢引出研究

引用

作者：石健中国科学院大学

学位级别：博士

本文对慢引出的概念进行了阐述，讨论了六极铁对色品和共振的影响。文中将多六极铁对束流的共振作用用矢量进行了描述，通过矢量描述，可以非常直观的分辨出每一块六极铁对束流的共振作用以及等效六极铁的强度和相位。此外，也介绍了RF... 详细信息

本文对慢引出的概念进行了阐述，讨论了六极铁对色品和共振的影响。文中将多六极铁对束流的共振作用用矢量进行了描述，通过矢量描述，可以非常直观的分辨出每一块六极铁对束流的共振作用以及等效六极铁的强度和相位。此外，也介绍了RF-KO对束流的作用，并详细阐述了RF-KO的频率调制、幅度调制对引出束流的时间结构所产生的影响。\n 为了验证模拟工作的正确性，首先对日本群马大学已经运行的装置GHMC进行了介绍，并对它的引出设计进行了阐述和分析，对它的引出过程进行了软件模拟，模拟结果与NIRS的模拟结果完全一致。\n CSRm是兰州重离子加速器国家实验室的一台同步加速器。2013年1月，在CSRm上进行了慢引出实验。根据调试参数，对CSRm慢引出实验过程进行了模拟，模拟结果较好的解释了实验状态。根据模拟结果，结合调试情况，针对改善CSRm慢引出的引出效率和束流均匀性提出了改进方案。\n HIMM是中国首台拥有自主知识产权的重离子治疗专用装置。本文对HIMM的慢引出进行了设计和模拟。它采用RF-KO引出方式，利用8块六极铁来实现慢引出，六极铁关于环呈中心对称分布，其中4块用于色品校正，另外4块用于共振驱动。为了充分利用真空室的孔径，在引出平台采用了3-bump凸轨。文中对束流在静电偏转板入口的相图以及束流引出前最后三圈的轨道进行了模拟。除此以外，还考虑了不同六极铁的设置对束流引出角度的影响，并将快四极铁对引出束流分布的影响、静电偏转板电压的变化对引出束轨道的影响进行了评估。最后考虑了动量分散对束流引出的影响并通过模拟给出了引出束流与高能束线的初始匹配参数。从计算结果来看，HIMM的慢引出设计是一个合理的设计。

关键词：慢引出机制重离子同步加速器引出束流时间结构

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重离子同步加速器SIS中的束团纵向稳定性理论、测量和模拟

重离子同步加速器SIS中的束团纵向稳定性理论、测量和模拟

引用

作者：刘勇中国科学院近代物理研究所、德国重离子研究中心

学位级别：博士

论文以GSI的重离子同步加速器SIS为主要研究对象,就其强流运行及为GSI最近批准的新项目而升级的纵向动力学方面进行了研究和探讨.不同流强下束流纵向相空间测量,这是该论文工作的一个重要基础.自洽的Vlasov束团模型(任意外场加空间电荷... 详细信息

论文以GSI的重离子同步加速器SIS为主要研究对象,就其强流运行及为GSI最近批准的新项目而升级的纵向动力学方面进行了研究和探讨.不同流强下束流纵向相空间测量,这是该论文工作的一个重要基础.自洽的Vlasov束团模型(任意外场加空间电荷效应下的束流匹配)和实际运行中的非理想捕获过程(有限的高频电压上升时间,对应不同的绝热系数),作为任何束团运行和稳定性研究的前提分别在论文中得到了厘清.解析方面的工作包括定态和微扰理论,即将线性Llasov方程应用于束团,并在适当的近似下得到简洁的解析方程.经过重新推导,得到了修正的Sacherer积分方程,使之在强空间电荷效应下的仍然适用,由此得到了线性稳定图.在SIS实验中观察到一种流强相关的束团相干模式演化现象,该现象揭示出束团中朗道阻尼条件,这与束团稳定性密切相关.对空间电荷抑制朗道阻尼效应及发射度增长进行了细致研究.提出用快反馈装置控制相空间稀释的思路.线性理论和模拟的结果都预言,在阻性阻抗和空间电荷阻抗存在下,耦合束不稳定性是SIS多束团强流运行的潜在威胁.阻性阻抗来自管壁及加速器部件的有效导电性或特殊共振结构,或直接来自频率偏置的高频腔.阻抗补偿或特殊的束团操作可以用来控制耦合束不稳定性.

关键词：重离子同步加速器束团运行稳定性模拟程序束流动力学

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基于CPCI总线DMA方式的实时高速数据交换系统

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强激光与粒子束 2014年第11期26卷 284-288页

作者：李桂花赵五元马进忠汪荣荣中国科学院近代物理研究所兰州730000

针对在重离子同步加速器运行过程中,如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题,自主研发了基于Compact PCI总线板卡,板载FPGA,DSP,SDRAM等资源,并设计了DMA完整控制逻辑,传输协议解译全部由硬件完成(FPGA)。多个... 详细信息

针对在重离子同步加速器运行过程中,如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题,自主研发了基于Compact PCI总线板卡,板载FPGA,DSP,SDRAM等资源,并设计了DMA完整控制逻辑,传输协议解译全部由硬件完成(FPGA)。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测,结构完整自洽,数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求,实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节,包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计,系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。

关键词： Compact PCI DMA 实时数据交换重离子同步加速器 FPGA HPI

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