RF system design and measurement of HIRFL-CSRe

An RF system for the CSRe (cooling storage experimental ring) is designed and manufactured domestically. The present paper mainly describes the RF system design in five main sections: ferrite ring, RF cavity, RF generator, low level system and cavity cooling. The cavity is based on a type of coaxial resonator which is shorted at the end with one gap and loaded with domestic ferrite rings. The RF generator is designed in the push-pull mode and the low level control system is based on a DSP+FGPA+DDS+USB inter...

基于ACEX1K30的HIRFL-CSRe高精度线性插值异步FIFO

本设计实现了HIRFL-CSRe同步系统控制器DSP插件内的FPGA中的FIFO(First in first out)功能,数据入口是16位DSP总线,数据出口是16位DAC总线。其核心机制采用双缓冲"乒乓操作",并在FPGA内完成一次线性插值。程序采用VHDL硬件描述语言在Altera公司的现场可编程逻辑器件ACEX1K30上实现。FIFO实现机制完全自行设计,解决了传统异步FIFO由于读写时钟异步造成的空/满标志难以准确给出及数据输出时间不能精确保证的难题,满足了HIRFL-CSRe对于输出数据不间断(每微秒一个)的要求,并由于在FPGA内实现了一次线性插值,从而把从DSP中接收到的已插值数据量增加了一倍,在宏观上降低了DSP的数据运算量。模块经现场工作证实FIFO数据输出时间误差控制在40ns内,达到设计要求。

HIRFL-CSRe二极铁积分磁场测量

介绍了兰州重力加速器冷却储存环实验环二极磁铁积分长线圈测磁装置的构成,描述了实验环二极铁的分散性测量、横向分布测量、传递函数等测量内容及测量方法。实验环二极铁采用不断地加减硅钢铁片垫补和加调整线圈电流的方法来调整二极磁铁的有效长度来改变分散性。通过垫补和测量,二极磁铁的分散性在优化磁场时达到±2×10-4。同时给出了二极铁的横向分布和传递函数的测量结果。对二极铁的设计和加工进行了修正。

兰州重离子加速器团簇内靶装置控制系统设计；Design of a Control System for HIRFL-CSRe Internal Target Facility in Lanzhou

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)团簇内靶装置控制系统的设计。该内靶系统由多种设备构成,包括喷嘴测温与加热控制子系统、真空与阀门监测/控制子系统、分子泵监测与控制子系统、数据处理与流程软件子系统等部分。该系统在内靶实验中工作状态良好,满足了内靶实验的需求。在该控制系统的支持下,2010年1月第一轮辐射电子俘获物理实验顺利完成。

HIRFL-CSRe的团簇内靶建设

HIRFL-CSRe的内靶有两种工作模式：团簇靶模式和原子束极化靶模式，团簇靶用于为实验环内的物理实验提供厚度为1011-1013 atoms／cmZ的氮、J隋性气体和甲烷等小分子的气体薄靶。本工作主要是进行兰州重离子冷却储存环实验环团簇内靶的建设，完成了团簇内靶的安装和准直、真空测试、温度测试、流量刻度、抽速刻度以及运行稳定性测试等工作，并去得了一些结果。总体来看，除轻气体外，团簇内靶的整体指标（靶厚和真空）达到了设计要求，对轻气体尚需进行改进。尚需优化的两个方面：1）解决喷嘴堵塞问题。除了液氮之外，采用其它靶气体源都出现了喷嘴堵塞现象，这个问题直接影响到团簇靶的正常运行；2）对于较轻的气体，如Ne和H：，获得的靶厚较小或者没有，而且各级的真空较差。经过分析，认为喷嘴堵塞的原因有两个方面，一是靶气体本身含有杂质，二是外界杂质。由于喷嘴级的分子泵对于轻气体没有足够的抽速和压缩比，不能将残余轻气体及时抽走，从而导致真空较差，当还没有获得有效靶厚时，团簇源第一级真空腔体的气压已经超过分子泵的工作气压了，因而对H：未获得有效靶厚。对于以上两个问题，我们采取了两项措施：1）设计加工了气体纯化装置，采用制冷与过滤相结合的方法对充入系统的气体进行预先纯化，该装置己完成加工，即将进行实验；2）优化抽气系统，增大团簇源第一级对轻气体的抽速和压缩比。

CSRe束流动力学研究

非线性动力学对于环形加速器，尤其是对现代新型的加速器来说，起着越来越重要的作用。非线性力的引入使得束流在真空管道中的稳定性大大降低，对物理实验产生较大的影响。所以对束流动力学尤其是非线性动力学的研究已成为加速器研究中的一个必要的、重要的课题。 本文首先对加速器物理的基础知识和兰州重离子加速器冷却储存环及其实验环（HIRFL-CSRe）做了一定的介绍。然后给出了非线性力存在时的动力学孔径的理解和此时动力学孔径的多种研究方法。 接着本论文对束流的共振情况做了推导和描述，用映射的观点，通过Normal Form这一数学工具研究了CSRe的非线性动力学。然后用加速器常用的软件（COSY INFINITY）研究了HIRFL-CSRe在各种状态下由于高阶场误差带来的非线性力对各阶共振力的影响。 最后，也是本文的核心部分。用MAD程序研究了CSRe横向动力学。对CSRe色品进行了校正，并计算了色品六极铁对CSRe Lattice的影响。对CSRe理想Lattice的动力学孔径进行了计算，然后根据实际测磁数据计算了CSRe在有二极铁和四极铁高阶误差等多种情况下的动力学孔径，最后通过实际实验时的束流的各种参数的测量说明了理论计算和实际情况一致，强度和稳定性都能够满足物理实验的要求。 本论文对CSRe系统的运行和CSRe各项实验有着一定的实际意义

CSRe横向动力学研究

随着现代加速器向高能、强流、长寿命束流方向的发展，非线性动力学已经成为现代加速器研究中一个非常重要的课题。非线性力的引入使得束流在真空管道中的稳定性大大降低，对物理实验产生较大的影响。因此束流动力学尤其是非线性动力学，在现代加速器的研究中已经起着日益重要的作用。 本文首先对束流横向动力学的基础理论进行了介绍。然后通过实际的测量数据，利用MAD程序对CSRe的二极铁离散性误差和四极铁的安装误差所引起的闭轨畸变进行了模拟和校正，并比较了不同的校正方案，将CSRe的闭轨畸变均方根校正到了0.1mm以下。 接着本文介绍了动力学孔径的概念，并给出了非线性力存在时的动力学孔径的理解和此时动力学孔径的多种研究方法。 最后，本文利用MAD程序对CSRe的横向动力学进行了研究。对CSRe色品进行了校正，并计算了色品六极铁对CSRe Lattice的影响，分析了CSRe的色差效应。对CSRe理想Lattice的动力学孔径进行了跟踪模拟。 并对粒子能量为400MeV和600MeV时，存在二极铁和四极铁高阶场误差情况下的动力学孔径进行了跟踪研究。

冷却储存实验环功率源的设计与计算

RF system of HIRFL-CSRe(cooling storage experimental ring)was designed by ourselves and manufactured domestically,which operates in the frequency range of 0.5~2.0 MHz at first and second harmonic modes.Based on detailed engineering calculation,the design of RF generator was completed.It will work not only in CW mode but also in the mode of ramping pulse modulation,and the maximum power is up to 70 kW.It satisfies the requirement of 10 kV maximum deceleration voltage to capture the irradiative beam and decel...中文摘要：对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5～2.0MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70kW。满足最高加速或减速电压10kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400MeV/u减速到30MeV/u。

HIRFL-CSR commissioning in 2006 and 2007

HIRFL-CSR, a new heavy ion cooler-storage-ring system at IMP, had been in commissioning since the beginning of 2006. In the two years of 2006 and 2007 the CSR commissioning was finished, including the stripping injection (STI), electron-cooling with hollow electron beam, C-beam stacking with the combination of STI and e-cooling, the wide energy-range synchrotron ramping from 7 MeV/u to 1000 MeV/u by changing the RF harmonic-number at mid-energy, the multiple multi-turn injection (MMI), the beam accumulation with MMI and e-cooling for heavy-ion beams of Ar, Kr and Xe, the fast extraction from CSRm and single-turn injection to CSRe, beam stacking in CSRe and the RIBs mass-spectrometer test with the isochronous mode in CSRe by using the time-of-flight method.

CSRe二极铁电源关键技术分析

CSRe二极铁电源是一种高速、高精度的大功率晶闸管脉冲/稳流电源,分析该电源采用的一种改进型晶闸管整流技术、由IGBT组成的并联型有源滤波器技术和双环嵌套的PI调节器技术,给出调试时采集的波形,对电源的稳定度和电流纹波进行数据处理.调试中经过不断改进,达到了CSRe二极铁电源应用在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)中的设计要求.

CSRe团簇内靶的真空与分子泵监测系统的设计

介绍了国家重大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)团簇内靶真空与分子泵监测系统。该系统主要通过一个应用程序获取各真空规及分子泵的状态值,并存入、更新Oracle数据库。浏览器上的ActiveX从Oracle中读取各设备状态值进行显示,如果状态值在警戒范围,则做出相应的控制操作。该系统在实验测试中运行良好,能满足实验的要求。

CSRe团簇内靶的温度控制系统的设计

介绍了国家重大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)团簇内靶的温度控制系统。这个系统主要通过远程控制加热功率来改变喷嘴的温度。温度的测量是通过测量铜丝的电阻得到,加热电流和测量部分构成反馈回路,实现温度的自我调节和手动调节,以满足实验的要求。

CSRe与RIBLLⅡ实时数据交互系统

介绍了国家重大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)以及RIBLLⅡ的子系统——实时数据交互系统。该系统主要实现对前端电源设备的实时同步控制,具体的实现方法是从控制Web界面输入的前端控制设备所需的数据信息传送至中心Oracle数据库,再更新至前端服务器的Oracle数据库,随后传送至ARM板中的sqlite数据库,给DSP板提供输入数据信息,通过同步触发事例对电源设备进行同步实时控制。该系统正在RIBLLⅡ的测试中,运行正常、可靠性强、性能稳定。

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

介绍了兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。

HIRFL-CSR complex

The construction and commissioning of HIRFL-CSR were finished in 2007. From 2000 to 2005 the subsystem and key devices of CSR were successfully fabricated, such as magnet, power supply, UHV system, e-cooler, electric-static deflector with the septum of 0.1 mm, and the fast-pulse kicker with the rise time of 150 ns. After that the CSR commissioning activities were performed in 2006 and 2007, including the accumulation of those heavy ions of C, Ar, Kr and Xe by the combination of stripping injection (STI) or multiple multi-turn injection (MMI) and e-cooling with a hollow e-beam, wide energy-range synchrotron ramping by changing the RF harmonic-number at mid-energy, the beam stacking in the experimental ring CSRe, the RIBs mass-measurement with the isochronous-mode in CSRe by using the time-of-flight method, and the ion beam slow-extraction from CSRm.