蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)中束流位置測(cè)量系統(tǒng)的研制

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1、第34卷第4期原子能科學(xué)技術(shù)Vol.34,No.42000年7月AtomicEnergyScienceandTechnologyJuly2000蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)中束流位置測(cè)量系統(tǒng)的研制聶振鵬,鄭　勇,沈志清(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所,甘肅蘭州　730000)摘要:介紹了蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)(HIRFL2CSRm)中束流位置測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理、PICKUP探針參數(shù)的選擇以及有關(guān)物理量的計(jì)算。并完成了桌上實(shí)驗(yàn),得出了有關(guān)結(jié)論。關(guān)鍵詞:冷卻儲(chǔ)存環(huán);束流位置;PICKUP探針;數(shù)據(jù)獲取;桌上實(shí)驗(yàn)中圖分類號(hào):TL506文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100026931(2000)0420

2、367205蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)(HIRFL2CSRm)包括已建成的注入器(SFC)、主加速器(SSC)和正在建設(shè)的主儲(chǔ)存環(huán)(CSRm)、實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)存環(huán)(CSRe)4部分及有關(guān)的束運(yùn)線。在HIR2FL2CSRm中,束流位置的測(cè)量可以用來(lái)測(cè)定儲(chǔ)存環(huán)中的束團(tuán)橫向振蕩數(shù)Q、束團(tuán)的閉軌畸變以及色散函數(shù)等,進(jìn)而可以通過(guò)儲(chǔ)存環(huán)上的校正磁鐵進(jìn)行閉軌校正,以減少束流損失,提高束流壽命。在儲(chǔ)存環(huán)中,一般采用非攔截式的診斷方法測(cè)量束流的位置。由于HIRFL2CSRm中最弱的束流流強(qiáng)為μA量級(jí),因此,必須使用高靈敏度的PICKUP探針及相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。1　系統(tǒng)描述111　系統(tǒng)概述束流位置測(cè)量系統(tǒng)由PICK

3、UP探針、數(shù)據(jù)采集電路、控制電路3部分組成。PICKUP探針在主儲(chǔ)存環(huán)中的布局參見文獻(xiàn)[1]。儲(chǔ)存環(huán)上的PICKUP探針的數(shù)目n≥4Q。主儲(chǔ)存環(huán)上的理論設(shè)計(jì)值Qx=3157,Qy=2154。因此,在主儲(chǔ)存環(huán)上水平方向安排18個(gè)PICKUP探針,豎直方向上安排10個(gè)PICKUP探針。112PICKUP探針的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)在HIRFL2CSRm中,束流的流強(qiáng)較弱,測(cè)量要求較高,因此,采用的探針為矩形對(duì)角切開的靜電感應(yīng)式探針(圖1)。束流水平和豎直方向的位置分別由2個(gè)尺寸為170mm×50mm×100mm的PICKUP探針(主要材料為銅)測(cè)出。在圖1中:QL、QR分別為束流在水平方向的PICKU

4、P左、右電極上感應(yīng)的電荷量;QU、QD分別為束流在豎直方向的PICKUP上、下電極上感應(yīng)的電荷量。收稿日期:1999208230;修回日期:1999212227作者簡(jiǎn)介:聶振鵬(1973—),男,河南上蔡人,在讀博士生,核技術(shù)及其應(yīng)用專業(yè)368原子能科學(xué)技術(shù)　　第34卷圖1PICKUP探針的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1SchematicdiagramofthePICKUPmonitorstructurea———水平方向;b———豎直方向PICKUP探針測(cè)量束流位置的原理示于圖2。圖中:W為電極的寬度;L為電極沿束流方向的長(zhǎng)度;x為束流偏離探針中心線的距離;α為電極對(duì)角切開夾角;q(t)為電極上感應(yīng)

5、電荷線密度。圖2PICKUP探針原理圖Fig.2SchematicdiagramoftheprincipleforthePICKUPmonitor當(dāng)束流通過(guò)探針時(shí),在左右電極單面上的感應(yīng)電荷QL、QR分別為:WQL=(-x)·tgα·q(t)(1)2WQR=(+x)·tgα·q(t)(2)2則:∑Q=QR+QL=W·tgα·q(t)(3)ΔQ=QR-QL=2x·tgα·q(t)(4)　　電荷通過(guò)電子學(xué)線路(兩邊電子學(xué)部分要嚴(yán)格對(duì)稱)轉(zhuǎn)化成電壓UR和UL,即ΔQUR-UL2==x=Sx·x(5)∑QUR+ULW則束流的水平位置偏移x為:第4期　　聶振鵬等:蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)中束流位置

6、測(cè)量系統(tǒng)的研制3691ΔQx=·(6)Sx∑Q2其中:Sx=為探針?biāo)椒较虻奈恢渺`敏度。W在探針的外面,用1塊接地的電極將其屏蔽,以抑制外界干擾,提高探針的位置靈敏度。探針的位置靈敏度還受兩電極之間的分布電容影響,它可由下式估算:2Ce,xSx=(7)WxCe,x+2Cc,x2Ce,ySy=(8)WyCe,y+2Cc,y其中:Ce,x、Ce,y為探針電極對(duì)地的電容;Cc,x、Cc,y為探針電極之間的電容。113PICKUP探針的靈敏度和分辨率在HIRFL2CSRm中,由于束流的流強(qiáng)較弱(最低流強(qiáng)為μA量級(jí)),因此,必須提高位置測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度,以提高位置測(cè)量的分辨率。故采用1臺(tái)高輸入阻抗的

7、前置放大器和1臺(tái)主放大器與探針相連。它們的參數(shù)列于表1。表1　前置放大器與主放大器的主要參數(shù)Table1Themainparametersofpreamplifierandmainamplifier1類型輸入阻抗/kΩ增益/dB固有噪聲/nV·Hz-2頻帶寬度/MHz前置放大器10020±01111401004～110主放大器010540±01121301004～190　　理想情況下,束團(tuán)粒子在縱向近似高斯分布,即22I