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基于TM010模的超短束团长度测量研究
结题报告
批准号:
11375254
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
袁任贤
学科分类:
A2802.加速器技术及应用
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
周伟民、俞路阳、陈之初、赖龙伟、王宝鹏、杨勇
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中文摘要
现代加速器技术的发展,如FEL、直线对撞机等机器,对束团长度测量提出了在ps、sub-ps束团长度情况下,分辨率10fs左右的无阻、快速测量的技术要求。目前发展的束团长度测量技术难以同时满足以上技术要求或者代价高昂。本课题基于圆柱形腔体TM010模的R/Q值远大于腔式BPM利用的TM110模R/Q值的特性,提出了基于腔体TM010模的束团长度频域测量方法并开展相关研究。首先从理论上解决了束团纵向分布偏离高斯分布情况下的束团长度频域测量方法的适用性问题;其次,在参考腔式BPM相关成熟技术,解决了高次模的激发与耦合、束团offset修正等问题;最后,提出了一种信号处理算法以解决信噪比高达120dB的信号处理困难。最终,本课题提出的束团长度电子学频域测试系统,信噪比可望达到112dB,在ps、sub-ps束长情况下,可以实现分辨率高达10fs左右的无阻、快速束长测量。
英文摘要
With the development of accelerator technology, such as FEL, linac collider, beam length measurement should be done when beam length is only ps, even sub-ps case, and the resolution should be about 10fs with fast measurement and un-interrupting beam technology. It is difficult to satisfy all the requirement using the common beam length measurement technology. The study is based on the fact that the TM010 mode of cylindrical cavity has the higher R/Q than the other beam instrument monitor, such as the TM110 mode using in the cavity BPM. Then the beam length can be measured using the TM010 signals in frequency domain with electronic method.First,it is proved that beam length measurement in frequency domain can be used when the beam longitudinal distribution is not Gaussian distribution. After resolving some important technologies referring to CBPM system, such as high order mode's couple, system gain calibration in locale site and beam offset modification with Bessel function, the original system signal noise ration(SNR) is expected to up to 112dB.An efficient algorithm is also provided to achieve the signal measurement with SNR up to 120dB.Then the beam length measurement in frequency domain with electronic method can achieve ps and sub-ps range with resolution up to 10fs. At the same time this measurement is no stopping to beam and even achieves the bunch-by-bunch measurement.
现代加速器技术的发展,对束团长度测量提出了在ps、sub-ps束团长度情况下,分辨率10fs左右的无阻、快速测量的技术要求。本项目基于圆柱形腔体TM010模的超高信噪比特性,提出了基于腔体TM010模的束团长度频域测量方法并开展相关研究。首先从理论上解决了束团纵向分布偏离高斯分布情况下的束团长度频域测量方法的适用性问题。其次针对上海SDUV-FEL及SX-FEL的加速器束流参数,设计并加工完成专用束长测量腔,测试结果符合预期。对本项目超高信噪比前端电路进行了多种探讨,在所能实现的前端电路基础上,进行了RF信号量化分析,并进行了初步束流试验。基于目前RF器件及经费的限制,项目目前所能实现的信噪比离最初研究目标所确定的110dB尚有20dB左右差距。由于信号量化噪音导致的系统最终实现的信噪比劣于实现sub-ps束长测量所要求的SNR 100dB,以及上海SDUV-FEL装置的拆除及SX-FEL装置的机器研究时间不够,项目最终仅成功在上海光源储存环进行了机器研究。实现了10ps级的bunch-by-bunch束长测量,分辨率约0.5ps。
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