多束团不稳定性的测量和分析

Collective instability is one of the main factors that determine the ultimate performance of the accelerator. The beam phenomenon of BEPCII shows us that the key factor is not related to single bunch but multibunch effect. In order to improve the performance of the machine, it is very urgent for us to observe and measure, understand and even eliminate the multibunch instability. On the one hand we will try to develop the beam diagnostics functionality of existing digital longitudinal feedback system, on the other hand we will build the bunch-by-bunch BPM by ourselves. Observation, especially quantitatively measurement of multibunch instabilities will be done using the existing and new developed beam diagnostics tools. The impedance of instability source will be analyzed at the same time. Besides the beam-based impedance measurement result, the numerical computation and bench measurement result will be used to build the impedance model of the real machine. The collective beam dynamics will also be studied by simulation, and the result will be compared with the measurement to help us understand the beam phenomenon and the collective effect. In order to weaken the mutibunch instability and achieve higher beam intensity in BEPCII, we’ll also try to locate the HOM instability source by experiments and help the hardware people to do some improvements.

集体效应是加速器最终性能的决定因素之一。BEPCII的多种束流现象表明当前机器最关键的问题不是单束团的问题，而是多束团集体效应的问题。BEPCII 非常迫切的需要去观测、理解并最终消除多束团效应所带来的影响，进而提升机器性能。该项目一方面开发数字纵向反馈系统的束流诊断功能，另一方面建立自己的逐束团BPM测量系统。基于这些束测手段，课题将进行多束团不稳定性的定量观测，并分析相关阻抗参数。除了在线测量结果，我们还将利用数值模拟和实验室测量的阻抗数据，研究建立实际机器的阻抗模型，进行不稳定性的模拟研究，并与实际观测结果进行比较，帮助我们理解实验现象。对于BEPCII这一已经建成的机器，为了减弱不稳定性的影响，获得更高的束流流强，课题还将通过实验研究尝试确定高次模的阻抗源，为相关硬件改进提供指导。

集体效应是加速器最终性能的决定因素之一。课题立项时，BEPCII的多种束流现象表明机器最关键的问题不是单束团的问题，而是多束团集体效应的问题。BEPCII 非常迫切的需要去观测、理解并最终消除多束团效应所带来的影响，进而提升机器性能。.研制逐束团束流测量系统。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入，该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理，并保证束团间无干扰；四路500MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量；基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5微米，同时该测量系统可实现实时逐束团震荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能，为日常的机器研究提供了有力的测量手段。.多束团集体效应相关的束流现象测量分析。正、负电子环中同步振荡频率会随束流流强的增加发生变化。同步振荡频移近似与流强的平方成正比。该现象是由于束流与加速腔基模作用导致的，计算结果与实验测量结果吻合较好。利用不稳定性增长时间的测量，对储存环有效阻抗进行分析，并验证了纵向和横向反馈系统的不稳定性抑制能力。另外还通过对比多束团不稳定模式的变化，排除4W2对横向不稳定性的贡献。.多束团对撞束束性能下降问题的观测研究解决。利用门相机、逐束团BPM和纵向反馈系统等排除了纵向反馈系统导致的亮度下降。通过调整横向反馈系统的参数设置，成功消除了多束团下的对撞性能损失。这在BEPCII 的对撞性能优化历史中是具有里程碑意义的一，解决了多束团、高流强下的束束性能损失。在BEPCII峰值亮度的机器研究中，在高流强下通过束团 pattern 优化，最终帮助达到峰值亮度设计指标。.多束团大流强下丢束的测量分析研究。基于多束团BPM，开发丢束诊断程序。同时使用多通道记录仪对高频腔信号进行记录。对经典的丢束现象有了系统性的总结，极大方便了对故障的判断，提高机器运行效率，为相关硬件查找问题指明方向。