基于条纹相机束流测量系统研制及其相关的研究论文

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1、lIIIILU111111111111IY2125951UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforDoctor’SdegreeThedevelopmentandresearchofthebeammeasurementsystembasedonstreakcameraAuthor’SName：JigangWangSpeciality：NuclearTechnologyandTheirApplicationsSupervisor：Prof．BaogenSunFinishedtime：

2、May2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：丝!兰二占二2中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可

3、以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。J么开口保密(——年)作者签名：导师签名：签字日期：二狻上4签字日期：汤沥短7．0lZ．．。岛j7摘要摘要在国内外的加速器装置和束流测量与珍断技术中，条纹相机发挥了极其重要的作用。本文研制的基于条纹相机的束流测量系统为在合肥光源电子储存环上进行各种加速器物理研究提供了有效的手段和研究平台，利用该系统进行了一系列的实验研究。介绍了合肥光源条纹相机的各种工作模式的工作原理，包括聚焦模式、单轴扫描模式和双轴扫描模式，详

4、细描述了条纹相机软硬件配置。进行了条纹相机前端光学系统设计和研制。根掘同步光的亮度，在高流强时，基于透镜组进行像差校正和光束聚焦并利用窄带滤光片使输出光束单色化，设计了高流强测量光学系统；在低流强时，为增强条纹相机的输入光亮度，采用扩大输入光谱范围，提出基于反射光学方案消除色散效应，设计了低流强测量光学系统。为了实现从运行的多束团中选取单个束团的功能，提出基于普克尔斯效应设计了光脉冲选取系统，为实现逐束团测量、准确观测束流不稳定性和束流势阱扭曲提供了有效手段。为了观测束团的三维尺寸，基于杜夫棱镜的特性设计了束团横向尺寸测量光学系统。进行了条纹相机

5、光功率控制系统的研制。采用光功率探测器探测条纹相机的输入光功率；根据测量需要，使用中性密度滤光片控制光功率大小；采用电控位移台控制光功率探头和中性密度滤光片在光束通道中的位置。基于网络和光纤设计了上位机与该系统中设备的通讯，增强了系统在强电磁环境中的抗干扰性。进行了条纹相机时序控制系统研制。为了保证同步性，各子系统的时钟触发信号均是从高频信号分频获得。为满足幅度要求，采用了宽带放大器、衰减器和功分器控制时钟触发信号的大小。为实现逐束团测量，研制’了触发脉冲延迟的电子学电路。对时序控制系统的性能进行了测试，结果表明各时钟触发信号满足整个条纹相机测量

6、的要求。介绍了基于条纹相机测量的相关理论，包括束流尾场、耦和阻抗、势阱效应、纵向微波不稳定性以及由于高频腔和壁阻抗引起的束流不稳定性。根据势阱效应对束团分布的影响，得到环阻抗分别为纯电感和纯电阻时的束团纵向分布的数学模型，通过模拟汁算得到合肥光源束团纵向分佃与电感和电阻的关系式；给出了束团发生纵向不稳定性时各种振荡模式的物理图像；介绍了高频相位调制对束流纵向动力学以及束流寿命的影Ⅱ向，给出了高频调制时的束流运动方程，进而得到在不同调制频率时束团纵向动力学图像；分析了高频调制对束团分布和束流寿命摘要的影响。这些理论为基于条纹相机测量系统的相关实验研

7、究奠定了基础。利用研制的基于条纹相机束流测量系统进行了相关实验研究。分别在单束团和多束团运行模式下，进行了束团长度拉伸效应的研究、束团长度随腔压变化关系的研究、束团势阱扭曲效应的观测以及纵向振荡观测的实验研究。根据束团长度拉伸规律计算出合肥光源低频纵向宽带耦合阻抗；根掘束团势阱扭曲效应计算出纵向宽带耦合阻抗中的电阻性阻抗；在国内首次采用对束团振荡图像进行快速傅罩叶变换(FFT)的方法同步获取束团振荡的频率信息，验证束团的纵向振荡模式。进行了高频相位调制对多束团纵向动力学和束团寿命影响的实验研究，实验表明，高频相位调制引起束团内部粒子纵向分布发生变

8、化并延长了束流寿命。进行了束团横向尺寸的测量。最后介绍了条纹相机在激光脉冲整形测量方面的应用研究。本课题由国家自然科学基金项目(1117