高頻系統(tǒng)調(diào)束運(yùn)行總結(jié)

1、BEPCII 高頻系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)(2012-2013),黃彤明 代表高頻組全體成員2013年8月3日 北京 懷柔,提綱,運(yùn)行總結(jié)問題及改進(jìn)機(jī)器研究未來運(yùn)行展望結(jié)束語(yǔ),1.1 本輪運(yùn)行歷程,對(duì)撞模式運(yùn)行（212天）：能量掃描范圍廣： 1.89, 2.13, 2.09, 2.12, 2.18, 1.91, 1.95, 2.05, 1.75, 1.77, 1.83 小αP （0.017）模式 創(chuàng)造了亮度新高：7.08E+3

2、2 /cm-2s-1完成10億個(gè)Jpsai取數(shù)、1500pb-1取數(shù)同步模式運(yùn)行（83天）,1.2 本輪運(yùn)行特點(diǎn),對(duì)撞束流功率突破2*120 kW，試驗(yàn)最高入射功率143 kW；帶束高頻電壓提高到1.60 MV以上，最高達(dá)1.80 MV；對(duì)撞無(wú)丟束：69小時(shí)、47小時(shí)；組成了丟束診斷工作組，及時(shí)對(duì)每次丟束給出初步分析和判定，為分析和解決各類故障提供了一定的幫助。,1.3 本輪運(yùn)行亮點(diǎn),東腔典型參數(shù),西腔典型參數(shù),1.4 超導(dǎo)腔

3、trip統(tǒng)計(jì),其他高頻硬件故障：水、風(fēng)、damper溫度過高、東廳室溫過高、LLRF插件故障、分子泵電源故障等；非高頻原因：束流振蕩、超導(dǎo)鐵、電源故障等,2012年暑期檢修運(yùn)行中出現(xiàn)并已經(jīng)解決的問題運(yùn)行中出現(xiàn)但仍存在的問題,2 問題及改進(jìn),門鈕風(fēng)冷改造常規(guī)檢修：超導(dǎo)腔電動(dòng)調(diào)諧器檢修：拆卸、清洗、安裝低電平控制系統(tǒng)檢修發(fā)射機(jī)控制計(jì)算機(jī)更新其它水、電、風(fēng)等維修,2.1 2012年暑期檢修,門鈕屬于超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器上

4、的關(guān)鍵部件之一，起到波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換的作用，從而實(shí)現(xiàn)功率的匹配傳輸。運(yùn)行中，歐姆損耗導(dǎo)致門鈕溫度升高；風(fēng)冷改造的必要性：無(wú)RF功率時(shí)26度，傳輸120KW時(shí)，門鈕溫度超過45℃報(bào)警線，曾多次引起保護(hù)連鎖?？紤]到2013年物理對(duì)撞能量將提高到2.0 GeV以上，而門鈕溫升約0.5℃/5kW，意味著門鈕溫度將突破50℃保護(hù)上限風(fēng)冷改造的方法：在兩腔的門鈕風(fēng)冷進(jìn)風(fēng)口各安裝了一臺(tái)5P空調(diào)，強(qiáng)制降低進(jìn)風(fēng)溫度風(fēng)冷改造的效果：比較成功！每側(cè)

5、各開一臺(tái)空調(diào)，送風(fēng)溫度降低約10℃東西兩腔的門鈕溫度大幅降低,2.1.1 門鈕風(fēng)冷改造,,門鈕,,門鈕風(fēng)冷管,2.2 運(yùn)行中解決的問題——調(diào)諧臂支座傾斜,現(xiàn)象：南側(cè)支座傾斜造成調(diào)諧臂上端向腔內(nèi)側(cè)傾斜，腔軸線調(diào)諧量不足，同時(shí)出現(xiàn)臂上端被機(jī)械限位 調(diào)諧異常 丟束解決方法：復(fù)溫到260K，先松開然后調(diào)平支座 解決效果：未再發(fā)生西腔失諧不足導(dǎo)致縱向共振進(jìn)而導(dǎo)致東腔頻繁丟束的事件,,,,,現(xiàn)象：正常取數(shù)時(shí)，西腔腔壓掉，e+丟，且

6、腔壓在掉之前即出現(xiàn)周期性振蕩 解決方法：三種措施并用（1、視在失諧角-100→-200 ；2、ALC環(huán)路增益降低；3、下隧道調(diào)整西tuner補(bǔ)償力從106kg→96kg）解決效果：未再出現(xiàn)西腔腔壓振蕩引發(fā)的e+丟束,2.2 運(yùn)行中解決的問題——腔壓振蕩,4月9日13:18 西1.4MV,腔壓,入射功率,反射功率,e+束流,低電平壓電陶瓷過流保護(hù)斷電（2013.2.3）耦合器冷卻水壓力超高（2013.3.9）東腔發(fā)射機(jī)管體水壓偏

7、低（2013.3.13）東腔隔熱真空分子泵機(jī)組電源故障（2013.5.3）西腔高次模吸收器溫度過高報(bào)警（2013.5.7）發(fā)射機(jī)風(fēng)冷皮帶斷裂（2012.12.22）……,2.2 運(yùn)行中出現(xiàn)并已經(jīng)解決的問題（3）,2.3 運(yùn)行中出現(xiàn)但仍存在的問題（1）,西腔耦合器窗真空放氣較嚴(yán)重：引起e+丟束（2012.9~2013.8）：約29次西窗1.65 MV附近打火嚴(yán)重,幾乎每7天就被迫高頻老練e+ 500mA@2.12GeV/55

8、b，西腔SBP真空度1.1E-8 ? 8E-8Pa,2.3 運(yùn)行中出現(xiàn)但仍存在的問題（2）,兩腔聯(lián)動(dòng)：東腔B.D連鎖?西腔ARC連鎖:15次西腔B.D連鎖?東腔ARC連鎖: 35次5月23日更新ARC 探測(cè)器盒子并提高報(bào)警閾值后，在本輪最后兩周的對(duì)撞運(yùn)行中，兩腔聯(lián)動(dòng)沒再出現(xiàn)，但仍有待進(jìn)一步觀察,2.3 運(yùn)行中出現(xiàn)但仍存在的問題（3）,東腔氦壓異常升高（老問題）：擬改造LLRF、監(jiān)測(cè)束流HOM、查危險(xiǎn)模2013.5.29，提高東

9、腔氦壓保護(hù)線：1.26bar?1.28bar。根據(jù)此前經(jīng)驗(yàn)，也許對(duì)撞流強(qiáng)在1.89GeV下能突破1A？,,在帶通濾波前查看HOM頻譜需要在下輪運(yùn)行中重新調(diào)試整個(gè)LLRF系統(tǒng),丟束診斷“高頻-束流”系統(tǒng)研究：束團(tuán)長(zhǎng)度研究高頻腔壓標(biāo)定,3 機(jī)器研究,3.1 丟束診斷,建造了2套高頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔助分析丟束原因?qū)γ鞔_丟束原因的高頻截圖進(jìn)行了比較、分析和歸類，建立了圖像資料庫(kù)2013.4.20至今，積累并分析圖像600多幅,高頻信

10、號(hào)列表,DL750 Scopecorder：16通道高速記錄儀,耦合器真空連鎖導(dǎo)致丟束的高頻圖像,正電子振蕩導(dǎo)致丟束的高頻圖像,超導(dǎo)鐵故障導(dǎo)致丟束的高頻圖像,東腔隔熱真空故障、聯(lián)動(dòng)西腔導(dǎo)致丟束的高頻圖像,通過測(cè)試超導(dǎo)腔的HOM功率，得到實(shí)測(cè)的Kloss ，進(jìn)而得到相應(yīng)腔壓下對(duì)應(yīng)的束團(tuán)長(zhǎng)度；高次模功率與損失因子Kloss的關(guān)系:損失因子Kloss，NB是束團(tuán)個(gè)數(shù)， 是回旋頻率，I0是總流強(qiáng)。Kloss與束長(zhǎng)相關(guān)Kloss

11、=0.5時(shí)，束長(zhǎng)約為15~16mm； Kloss=0.2時(shí)，束長(zhǎng)約為30~31mm。,2024/3/26,21,3.2 “高頻-束流”系統(tǒng)研究——束團(tuán)長(zhǎng)度,束團(tuán)長(zhǎng)度-Kloss理論曲線,,,Kloss =0.5736，束長(zhǎng)12mm,Kloss =0.425，束長(zhǎng)16mm,Kloss =0.25，束長(zhǎng)25mm,,正、負(fù)電子環(huán)50團(tuán)高次模功率實(shí)驗(yàn),正、負(fù)電子環(huán)的高次模功率隨流強(qiáng)變化的曲線（腔壓Vc=1.6MV，50bunch，E0=2.1

12、3GeV,選取流強(qiáng)的下降階段）。電子環(huán)束長(zhǎng)16mm~25mm ；正電子環(huán)束長(zhǎng)26mm~30mm,2024/3/26,23,2012月30日11:00至12:00,HOM,,HOM,損失因子,損失因子,束長(zhǎng)16mm 對(duì)應(yīng)理論HOM,I(mA),P(W),沙鵬 米正輝 張新穎 岳騰,正、負(fù)電子環(huán)72團(tuán)高次模功率實(shí)驗(yàn),正、負(fù)電子環(huán)的高次模功率隨流強(qiáng)變化的曲線（腔壓e+ Vc=1. 69MV（ fs=43.0kc Vc=1.64MV），e-

13、 Vc=1.69MV（fs=44.9kc Vc=1.75MV），72bunch，E0=2.1GeV，選取流強(qiáng)的下降階段）。電子環(huán)束長(zhǎng)14mm~16mm ；正電子環(huán)束長(zhǎng)16mm~18mm,2024/3/26,24,2013年1月15日7:00至8:00,HOM,HOM,束長(zhǎng)16mm 對(duì)應(yīng)理論HOM,損失因子,損失因子,正、負(fù)電子環(huán)78團(tuán)高次模功率實(shí)驗(yàn),13年1月17日12:30至13:30，正、負(fù)電子環(huán)的高次模功率隨流強(qiáng)變化的曲線（腔

14、壓e- Vc=1.6MV，e+ Vc=1.7MV，78bunch，E0=2.12Gev流強(qiáng)的下降階段）。正、負(fù)電子環(huán)束長(zhǎng)12mm~15mm,2024/3/26,25,HOM,HOM,束長(zhǎng)16mm 對(duì)應(yīng)理論HOM,損失因子,損失因子,基于超導(dǎo)腔HOM功率測(cè)量束團(tuán)長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)的小結(jié),HOM功率研究束長(zhǎng)雖然不是絕對(duì)測(cè)量，但是有相對(duì)比較的意義束長(zhǎng)測(cè)量相對(duì)可信 ：腔壓增大，束長(zhǎng)減小，符合規(guī)律；相同束團(tuán)數(shù)下，e+的Kloss值小于e-，反映出西

15、腔電壓真實(shí)值偏低些；通過測(cè)fs也證明了西腔腔壓真實(shí)值比理論值偏低，二者吻合； Kloss值隨單束團(tuán)流強(qiáng)增加略有下降，反映了拉伸效應(yīng)。,,,3.2 “高頻-束流”系統(tǒng)研究——腔壓標(biāo)定,無(wú)束流情況下，測(cè)量“入射功率-Vc”變化曲線，結(jié)論：理論與實(shí)測(cè)曲線吻合,孫毅、王群要、余玉蘭、劉娜、米正輝,e+ fs,e- fs,理論 fs,通過測(cè)fs得出高頻腔壓，結(jié)論：東腔腔壓顯示值比真實(shí)值低1.2%；西腔腔壓顯示值比真實(shí)值高7.6%,需要根據(jù)f

16、s標(biāo)定的腔壓來重新校核功率計(jì)？以保證fs實(shí)測(cè)與理論值一致？,高頻系統(tǒng)下一輪運(yùn)行任務(wù)艱巨對(duì)撞能量和流強(qiáng)提高→高頻功率、電壓提高對(duì)撞模式下： 2*900mA@1.89GeV → 130 kW 2*500mA@2.3GeV → 150 kW高流強(qiáng)必須高腔壓匹配：每臺(tái)超導(dǎo)腔高頻電壓需要≥1.7 MV同時(shí)，腔壓提高勢(shì)必增加低溫?zé)嶝?fù)荷！,4 未來運(yùn)行展望,E0、單束對(duì)撞流強(qiáng)、與RF參數(shù)表 （αP =0.0

17、17）,最大束流1 A;最高功率150 kW；最高腔壓1.74 MV,高能量供束下, 高頻功率明顯上升,,,1.89 GeV ? 2.3 GeV,,,腔壓提高勢(shì)必增加低溫?zé)嶝?fù)荷！,,,,,,30W,~80W,10W,,,1.5MV，Q0=1.5E9Pc=15 W,1.8MV，Q0=1.0E9Pc=33 W,下輪運(yùn)行高頻研究重點(diǎn),物理方面：東腔氦壓升高HOM與束流軌道偏移危險(xiǎn)模式模擬與測(cè)量工程方面：優(yōu)化高頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

18、提高丟束診斷水平減少trip率進(jìn)一步研究Arc抗干擾問題高頻相位跳變（主振信號(hào)源？Or LLRF環(huán)路？）,5 結(jié)束語(yǔ),本輪高頻系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)受住了壓力和考驗(yàn)：對(duì)撞束流功率突破2*120 kW，試驗(yàn)最高入射功率143 kW；本輪運(yùn)行中，成功解決了若干故障，建立了高頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輔助丟束診斷，并進(jìn)行了多次機(jī)器研究，這些使我們對(duì)高頻系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)更進(jìn)了一步，為以后的穩(wěn)定運(yùn)行打下了基礎(chǔ)；高頻系統(tǒng)仍將是儲(chǔ)存環(huán)全環(huán)的關(guān)鍵“瓶頸”之一，感謝各兄弟部