数字逐束团流强测量系统的关键技术及应用研究

电子储存环在多束团运行模式下，其不同注入填充模式和束团流强大小不仅会影响光源亮度、束流寿命等，还会影响束流的稳定性，限制储存环性能的进一步提高。有效监控束团流强大小是改善储存环性能的关键，对于采取Top-Up注入方式的加速器来说尤为重要。使用FPGA数字技术构建高层次束流测量平台，是近年来束流诊断领域中发展起来的最新技术之一，是束测技术今后的发展方向。本课题将在合肥光源电子储存环研究和建立基于FPGA数字技术的逐束团流强测量系统，包括逐束团流强测量技术研究、数字束团流强测量系统构建技术及应用研究等。研究的关键技术包括信号拾取探头优化设计、束团流强信号检测技术、基于FPGA的束流信号处理与控制技术等。通过本项目的研究为加速器装置，特别是采取Top-Up注入方式的储存环，提供新型的、功能丰富的、ALL-IN-ONE的束团流强测控工具，并为使用FPGA数字技术构建其他束流测量系统积累技术和经验。

电子储存环通常运行在多束团模式，合适的填充模式和束团电荷量能有效抑制束流存在的某些不稳定性模式，有效改善同步辐射光源的亮度和束流寿命。本项目通过开展数字逐束团流强测量系统的关键技术及应用研究，在合肥光源储存环构建了基于FPGA的逐束团流强获取和控制测试系统，并进行了相关的实验研究。在项目执行期间，不仅完成了本项目提出的逐束团流强侧测量技术与实验研究、数字束团流强测量系统构建技术等研究内容，还进行了束团填充模式研究、Top-off注入技术等延展性的研究工作。本项目完成了构建一套基于FPGA的数字逐束团流强测量系统的研究目标，掌握了包括信号拾取探头设计、束团流强信号检测技术、基于FPGA的束流信号处理与控制技术等数字束团流强测量相关的核心关键技术，解决了所提出的关键科学问题。. 通过本项目的实施，完成了逐束团流强测量的理论模拟计算和仿真，包括不同信号拾取电极的特性研究与数值仿真计算，不同信号处理方法性能评估等研究，并在合肥光源电子储存环上进行了实验验证，最终确定了选用条带型电极作为束团流强测量的信号拾取电极；完成了条带信号拾取探头的设计、加工和离线测试；完成了前端电子学模块的构建和测试，并进行了离线和在线标定；对用于束团流强测量的条带型BPM特性进行了深入细致的仿真和研究，包括束流中心位置的信息、束团拉伸效应的影响、束流横向和纵向不稳定性的音箱等，以此为基础创新性的提出并实现了基于条带BPM和型号的分段积分处理方法，有效消除束团拉伸效应和时钟抖动等影响，提高了测量精度；在数字逐束团流强测量系统设计中提出并实现了基于FPGA的多圈采样的波形重构技术，大大降低了数字化中的采样率要求。. 在本项目的支持下，在国内外核心期刊和高水平学术会议上共计发表学术论文10余篇，培养硕士研究生1名，培养博士研究生2名。