合肥光源儲存環(huán)高頻系統(tǒng)升級和相關物理研究.pdf

1、2010年至2014年合肥光源進行了重大維修改造，光源品質(zhì)和穩(wěn)定性獲得了提高。束流自然發(fā)射度降低到40 nm*rad，流強大于300 mA，滿足了同步輻射應用面向未來科學發(fā)展的需求。
　　儲存環(huán)高頻系統(tǒng)相應進行了全面升級。其中全固態(tài)發(fā)射機取代了真空四極管發(fā)射機，模擬低電平系統(tǒng)升級為數(shù)字低電平系統(tǒng)，高頻系統(tǒng)附屬的測量和控制系統(tǒng)也進行了軟硬件的升級改進。
　　本論文課題承擔了合肥光源高頻系統(tǒng)總體升級方案的調(diào)研和設計、核心部件的研

2、制、離線測試、系統(tǒng)安裝、在線測試以及高頻系統(tǒng)帶束流運行調(diào)試等任務。課題工作主要包括以下幾個方面:
　　通過調(diào)研世界上各大光源的高頻系統(tǒng)及其核心設備如功率源和低電平控制系統(tǒng)的最新技術(shù)發(fā)展趨勢，制定了合肥光源高頻系統(tǒng)升級改造方案，以及固態(tài)發(fā)射機和數(shù)字低電平系統(tǒng)研制的技術(shù)路線。
　　在固態(tài)發(fā)射機研制中，依據(jù)本次改造工程對高頻功率的要求，并兼顧將來可能的升級，同時最大限度的提高功放模塊的工作效率，設計了30kW/40kW兩種工作模式

3、，分別采用48個和64個650W功放模塊，通過8*6和8*8的合成方式完成功率合成。構(gòu)建了固態(tài)發(fā)射機高功率測試平臺，測量了功放模塊和合成器的特性。功放模塊的增益為25±0.1dB，調(diào)整后的插入相移偏差小于±0.2°;合成器的駐波比小于1.02。進行了30kw/40kW兩種工作模式下固態(tài)發(fā)射機的高功率測試，輸出功率分別達到44kW和33kW。通過長時間高功率考驗，驗證了固態(tài)發(fā)射機的穩(wěn)定性。測量了部分功放模塊失效對固態(tài)發(fā)射機輸出功率的影響，

4、測量值接近理論計算值，證明了合成器和分配器的制作和裝配取得了成功。研究了環(huán)形器損壞對固態(tài)發(fā)射機輸出功率的影響。發(fā)現(xiàn)在某些特殊情況下，環(huán)形器的損壞有可能導致發(fā)射機輸出功率的大幅下降，并通過相關實驗予以證實。
　　構(gòu)建了數(shù)字低電平離線測試平臺，完成數(shù)字低電平系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的離線測量。數(shù)字的低電平系統(tǒng)最大增益為30dB，經(jīng)過長時間測試，其幅度和相位控制穩(wěn)定度分別小于±1％和±0.1°，滿足設計要求。
　　完成了高頻附屬測量和控制設備

5、的升級及其控制程序的編制。采用Fluke2680A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成對固態(tài)發(fā)射機功放模塊的溫度，電源模塊的電流、電壓，以及水冷板流量等參量的監(jiān)測。在Labview環(huán)境下編寫了高頻系統(tǒng)控制程序，將信號源、數(shù)字低電平系統(tǒng)、快速連鎖保護模塊，F(xiàn)luke2680A數(shù)據(jù)采集器、E4417功率計的監(jiān)測和控制集成到一起，并實現(xiàn)與EPICS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊和遠程操作。
　　完成了高頻系統(tǒng)的安裝調(diào)試以及帶束流運行。固態(tài)發(fā)射機采用8*6合成方式，輸出功率

6、為30kW。研究并測量了低電平環(huán)路參數(shù)與束流穩(wěn)定性的關系。通過對數(shù)字低電平系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，高流強下高頻場幅相穩(wěn)定度分別達到了±1％和±0.1°，并實現(xiàn)了最高流強460mA的帶束流穩(wěn)定運行。
　　對儲存環(huán)高頻噪聲與束流的相互作用機制進行了研究。高頻系統(tǒng)所存在的噪聲會激勵束流縱向振蕩，降低束流的品質(zhì)。對高頻噪聲的影響的研究歷來為世界上各加速器實驗室所重視，現(xiàn)已發(fā)展了一些較為有效的分析方法，如Pedersen模型和迭代方程等。束流受

7、擾后的縱向振蕩會改變它在高頻腔中的建場，這種變化反過來又會影響束流運動，兩者的關聯(lián)較為復雜?，F(xiàn)有的分析方法對此進行了一些近似處理，在低流強小擾動的情況下非常有效，但對于高流強大擾動的情況則會產(chǎn)生較大誤差。本課題在原有理論的基礎上，對此進行改進，依據(jù)諧振腔的瞬態(tài)沖擊響應模型，對束流振蕩所引起的高頻腔瞬態(tài)場變化進行逐束團累積計算（不做近似處理），同時跟蹤場的改變所造成的束流運動變化。
　　編制了模擬計算程序，分析了束流在相位調(diào)制的高頻