摘要：为满足强流重离子加速装置(HIAF)对电源控制器多版本兼容和高精度控制性能的要求,研发了1套基于串行收发器的加速器电源数字控制器(APSDC)。该控制器采用基于总线互联的模块化设计架构,在保证加速器电源数字控制器高精度控制性能的前提下,兼具多版本兼容能力。设计了1套基于串行收发器的高速同步数据总线(HSB)用于数字控制器子板间数据通信,总线带宽达2 Gbps,且板间数据同步误差低于1 ns。电源上线运行实验结果表明,APSDC各项设计指标符合HIAF对电源的高精度控制及其他关键性能的技术要求,并具备较强的系统扩展性。

摘要：强流重离子加速器装置(HIAF)的增强器(BRing)二极铁电源样机采用多模块串并联的全储能快循环脉冲电源实现方案,电源功率达到MW级。由于电源规模庞大和功率巨大,为了在运行中迅速保护电源设备,设计并实现了一套双冗余的基于可编程逻辑控制器(PLC)、模块故障联锁板和现场可编程门阵列(FPGA)的模块故障联锁保护系统,利用硬件和软件同时对电源功率单元模块实施故障检测、故障传递和故障保护。设计完成后分别从电源联锁环路的响应时间、核心控制板故障引发电源环路联锁的总时间和设备故障响应等三个方面进行测试,测试结果表明,在电源发生故障时,模块故障联锁保护系统满足电源样机对实时性和可靠性的要求,达到设计目标。

摘要：为满足强流重离子加速器高频率束流的注入引出需求,设计了一台Kicker高压大功率充电电源。电源采用串联谐振技术,实现了开关管零电流开通关断,充电电压0~20 kV范围内可调,平均充电速度为16 kj/s,最大输出功率为32 kWo测试结果表明:实测波形与仿真结果一致,该电源满足强流重离子加速器注入引出系统的性能要求。

摘要：为满足多丝探测器数据采集系统集成化.小型化的需求,设计了一套基于Zynq的多丝探测器数据采集系统。该系统具有积分时间的下发和多通道模拟信号的采集、传输、显示和存储功能。测试结果表明:整个系统运行方便,各通道数据采集速率可达1Msps,采集信号输人范围为一10+10V,采集最大测量偏差为1.13%;在0~50nA电流范围内,线性度好于1.41%,功能便于扩展。

摘要：本工作研制了一台中心磁场为1.5237 T的传导冷却型的无绝缘高温超导(HTS)二极磁体,它主要由室温铁芯、高温超导双饼线圈以及低温恒温器等组成。铁芯的极头采用圆柱形结构,极头之间的距离为120 mm。其中,每个线圈匝数为176匝,磁体的运行电流为286 A。线圈冷体由一台GM制冷机进行冷却,运行温度小于20 K。本工作主要介绍高温超导磁体的设计以及所使用高温超导带材的载流性能,并对无绝缘线圈在装入铁芯前和装入铁芯后的充电和放电特性进行了测试研究。通过测试得到了该磁体充电延迟时间常数,并且测试结果表明,在励磁电流为286 A时,中心磁场强度达到了设计要求。

摘要：将固态PFN-Marx发生器技术应用于强流重离子加速器装置(HIAF)注入引出Kicker电源,要求多路固体开关IGBT的驱动电路具有严格的同步性。通过分析影响驱动电路同步性的主要因素,设计了一款同步驱动电路,实现了多路驱动电路之间的最大时延小于15 ns。测试结果表明,这款同步驱动电路能够满足HIAF-Kicker电源对多路IGBT同步驱动的要求。

摘要：基于KONUS束流动力学理论,完成了一台工作频率为162.5 MHz、占空比为1%的交叉指型漂移管直线注入器(IH-DTL)的动力学设计。该IH-DTL内置两套三组合四极透镜,共有41个加速单元,可为同步加速器提供流强400 eμA、能量4 MeV/u的C4+束流。在动力学设计过程中着重对每个加速间隙的同步能量偏差、注入相位和间隙电压等参数进行优化,使得该IH-DTL的横向归一化RMS接收度达到0.24πmm·mrad,且横纵向归一化发射度增长小于10%,有利于提高同步环的注入效率。然后根据动力学设计的结构参数进行IH-DTL的高频仿真计算,将得到的三维电磁场分布导入PIC粒子跟踪程序中进行束流动力学模拟。动力学模拟结果显示,束流在IH-DTL出口的横向自然发射度小于13πmm·mrad,达到了同步环的注入要求,而且在7%的垂直二极场分量下,束流中心的横向偏移在±0.5 mm以内,整体的束流传输效率高于99%。

摘要：目前,中国科学院近代物理研究所设计、建造和运维了多台结构指标各异的重离子加速器装置,现有的物理控制系统已无法满足这些装置对于稳定、可靠、高效运行的需求。为了提高调试、运行效率,简化系统操作,达到更高的流强和更好的束流品质,中国科学院近代物理研究所自主设计了一套基于EPICS的面向物理的加速器控制系统PACS。为了验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性,采用Python语言开发了基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件及其界面,并且搭建了HIRFL-CSRe的MySQL测试数据库和EPICS软IOC测试环境,在该虚拟测试环境下对软件的直流模式下工作点调节功能进行了测试;然后在HIRFL-CSR真实环境对该软件在直流/脉冲模式下的工作点调节功能进行测试。结果表明,该软件能够通过PACS提供的接口嵌入系统的物理过程模块,实现与数据库和底层控制系统的交互,从而完成直流/脉冲模式下的工作点调节和光学参数计算,以此验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性。

摘要：为满足短时间内达到高累积流强要求,HIAF/BRing采用了一种新的注入方法――双平面相空间多圈注入。该注入方法与传统单平面多圈注入方法不同,而且在国际上是首次在实际项目中采用,尚无实际运行经验。因此,对注入过程进行程序模拟研究是验证双平面多圈注入方案可行性的必要手段。为详细模拟研究BRing双平面多圈注入过程,并克服已有程序跟踪速度较慢且注入参数修改不便的缺点,本文根据双平面多圈注入的特点,建立了双平面多圈注入模型,编写了双平面多圈注入模拟优化程序TPIS(Two-Plane multiturn Injection Simulation)。通过与ORBIT程序模拟结果对比,验证了TPIS程序模拟双平面多圈注入过程的正确性。在此基础上,在TPIS程序中加入了粒子群优化算法,并对BRing注入参数进行了优化。结果表明,TPIS程序可以对注入参数进行有效优化,经过优化后,束流损失减少了28%,最终剩余累积粒子数满足BRing的流强设计指标要求,进一步验证了双平面多圈注入设计的可行性。

摘要：在强流重离子加速器运行中,带电粒子与真空管道中的残余气体分子相互作用发生的电荷交换反应是影响重离子束流寿命的关键因素。这种电荷交换过程导致的束流损失将解吸出真空管壁上吸附的气体分子,进而引起真空压力的动态变化,将严重影响加速器的稳定运行和最终束流引出流强。中国科学院近代物理研究所将在广东省惠州市建造的强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility,简称HIAF)利用增强器(Booster Ring,简称BRing)提供束流流强高达2×10^(11)ppp的^(238)U^(35+)用于核物理及原子物理等实验研究。对强流重离子加速器BRing中^(238)U^(35+)束流发生电荷交换反应,损失一个电子成为^(238)U^(36+)的过程进行了追踪模拟,计算得到了U^(36+)损失前的运动径迹和全环粒子损失位置分布,模拟结果显示U^(36+)受到色散元件的影响,将集中损失在位于二极磁铁后的漂移节区域中。基于模拟结果,在束流损失位置处设计安装由低解吸率材料制作的准直器,优化设计后的准直效率高达95%以上;并模拟计算了有无准直器时真空压力和束流流强的变化,安装准直器后BRing的平均真空度变化小于10%,将确保BRing加速器的稳定运行。