电子储存环逐束团束流诊断方法研究

The major optimization of a collider is to improve the impact energy and intensity and that of a synchrotron is to improve the brightness and stability of the radiation. Studying the beam instabilities, including orbit instabilities and coupling instabilities, and getting them under control are one of the crucial issues to be solved in order to achieve such goals. It is important to explore the competent beam diagnostic and measurement techniques as well as to develop the corresponding instrumentation nowadays. The historical developments of the particle accelerator requirements and the beam diagnostic techniques have indicated that it's the perfect time to take a leap to the bunch by bunch diagnostic technique and to develop the digital beam signal processor which has the ability to do individual bunch diagnostics. It also offers us a precious opportunity to challenge the world's leading technology in this field. Based on the main development and application platform of a storage ring available in SSRF, an integrated bunch by bunch signal processor is ready to be developed to realize the measurements of the bunch by bunch information, such as position, profile of the transverse phase space, tune, charge and lifetime, etc., to study the beam impedance, coupling instabilities and nonlinear dynamics quantitatively, and to provide an incredibly powerful machine study tool to the accelerator physicists.

对撞机型加速器的主要优化目标是提高对撞亮度，同步辐射光源的主要优化目标是提高供光亮度及光斑稳定性，为实现上述目标，研究并控制包括轨道不稳定性和耦合不稳定性在内的束流不稳定性，是需要解决的关键问题之一，发展相应的束流诊断方法并研制相应的仪器设备，是束流测控领域当前的重要任务。从加速器运行及研究的应用需求、束流测控技术发展趋势来看，目前是展开逐束团束流诊断技术研究，研制基于数字化技术、具有逐束团诊断能力的束流信号处理器的理想时机，也是我国在此研究领域走至世界前列的难得机遇。 以现有大装置储存环为主要研究平台和应用对象,研制一体化的逐束团束流信号处理器，实现逐束团位置、横向相空间分布、工作点、电荷量、寿命等参数的精确测量，可以对束流阻抗、耦合不稳定性、非线性动力学等问题进行定量研究，为加速器物理学家提供一个非常强大的机器研究工具。

对撞机型加速器的主要优化目标是提高对撞亮度，同步辐射光源的主要优化目标是提高供光亮度及光斑稳定性，为实现上述目标，研究并控制包括轨道不稳定性和耦合不稳定性在内的束流不稳定性，是需要解决的关键问题之一，发展相应的束流诊断方法并研制相应的仪器设备，是束流测控领域当前的重要任务。从加速器运行及研究的应用需求、束流测控技术发展趋势来看，目前是展开逐束团束流诊断技术研究，研制基于数字化技术、具有逐束团诊断能力的束流信号处理器的理想时机，也是我国在此研究领域走至世界前列的难得机遇。.探索了基于同步光信号进行逐束团诊断的可行性，束流实验结果表明对于截面尺寸相对测量而言，可见光聚焦成像系统是较为有效的方法，而空间干涉仪受限于信号强度，现阶段还难以用于逐束团诊断。.对高速同步采样技术，以及逐束团束流信息提取算法进行了研究，以宽带高速数字示波器为数据采集设备，发展了基于谐波分析和多次样条插值的软件重采样技术，引入主成分分析方法（PCA）进行降噪，研究了从纽扣电极型束流探头的原始信号中直接提取束团长度、束团纵向位置（相位）的可行性，实现了四参数的同步测量（水平横向位置、水平横向尺寸、纵向位置、电荷量）。采用双频法进行逐束团束长测量，采用过零检测法进行逐束团相位测量，随机测量误差可低至ps量级。采用高速光电二极管作为信号拾取探头进行逐束团截面尺寸测量，相对随机测量误差可低至10%。.在上海光源储存环上搭建了横向位置、横向尺寸、纵向长度、纵向位置（相位）测量系统，重点研究了注入过程对储存束团的扰动情况，以及注入时补注束团与储存束团融和的瞬态演化过程，世界上首次完成此瞬态过程中束团参数的精确测量，首次还原了补注电荷与储存电荷振荡融和（横向及纵向）的全过程。为后续发展3D甚至6D逐束团诊断技术奠定了非常坚实的基础。