在國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室主持的《太赫茲近場(chǎng)高通量材料物性測(cè)試系統(tǒng)》工程項(xiàng)目中,包含一臺(tái)長(zhǎng)約3m的電子直線加速器,根據(jù)該電子直線加速器的相關(guān)技術(shù)要求,需要設(shè)計(jì)一套具有束流位置測(cè)量、束流能量與能散測(cè)量、束流長(zhǎng)度測(cè)量和束流流強(qiáng)測(cè)量等功能的束流診斷系統(tǒng)。本文在此基礎(chǔ)上展開了相關(guān)研究。首先設(shè)計(jì)了束流位置測(cè)量系統(tǒng)。在該電子直線加速器中的波蕩器前后位置處,各有一個(gè)束流位置監(jiān)測(cè)器（BPM）。由于條帶BPM的高性價(jià)比,最終選擇其進(jìn)行束流位置測(cè)量。在波蕩器之前,采用了具有正交對(duì)稱性的圓形真空室下的條帶BPM。針對(duì)波蕩器出口處真空室非正交對(duì)稱性的問題,設(shè)計(jì)了矩形和跑道形真空室下的兩種非正交對(duì)稱性條帶BPM,基于邊界元法,利用MATLAB軟件分別對(duì)三種真空室下的條帶BPM進(jìn)行建模和仿真,比較其相關(guān)特性參數(shù),選用了矩形BPM。束團(tuán)的能量與能散,是加速器的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在太赫茲工程項(xiàng)目中,主體裝置是一臺(tái)直線加速器,要求能量和能散的分辨率好于10 KeV,對(duì)比各種測(cè)量方法,最終采用能譜分析系統(tǒng)測(cè)量能量和能散。本項(xiàng)目中要求束團(tuán)長(zhǎng)度測(cè)量的分辨率好于50 fs。以零相位法為基礎(chǔ),結(jié)合橫向偏轉(zhuǎn)腔法二次函數(shù)擬合求解束團(tuán)長(zhǎng)度的優(yōu)勢(shì)... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２常見ＢＰＭ實(shí)物圖??紐扣電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且形狀非常小

?第二章束流位置診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)???／?Ｂｅａｍ?＼??／＾：?＼７＾〇ｎ???ｆ１——??Ｖ?／??＾?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?／??圖２．１雙電極測(cè)量束流位置原理圖??假設(shè)束流位置探測(cè)電極上任意一點(diǎn)位置為（ｂ＃），在實(shí)際應(yīng)用中，束流位置??探測(cè)電極一般貼近真空管道，根據(jù)靜電鏡像法原理，可以得到束流位置探測(cè)電??極上的壁電流密度如公式（２．４）所示：??＝?￣２?ｂ?￣ｒ??（２．４）??２ｎｂ?＼＿ｂ２?＋ｒ２?－２ｂｒ?ｃｏｓ（ｉ／／－〇）??對(duì)公式（２．４）進(jìn)行展開，可得公式（２．５）：??Ｋ?（ｂ，ｙ／，ｔ）?＝?－?ｊ１?＋?２ｉ｛＾?ｃｏｓ?［？（＾?－?＾）］！?（２．５）??如圖２．１所示，兩個(gè)束流位置探測(cè)電極上下放置，記上下電極上的感應(yīng)電??流分別為ＩＢ，Ｉｔ，則由公式（２．５）可得上下電極感應(yīng)電流為：??心（，）＝１Ｘ?丄］?ｃｏｓ＿ｓｉｎ?卜（吾＋??２ｎｂ?（ｐＴｌｒｔｙｂ）?Ｌ?２?２?Ｊ??ｒＬ?，?（２．６）??ｈ?（０?＝?－?ＹＪ?Ｉ１?＋?－?Ｚ?－?ｆ?Ｃ〇ｓ（ｎ０）?ｓｉｎ?Ｔ?＋?＾）ｌ｜??２ｎｂ?［?（ｐｔ＾ｎ＼ｂ）?Ｌ?２?２?ＪＪ??由公式（２．６）可知，已經(jīng)求出了上下電極上的感應(yīng)電流，根據(jù)對(duì)稱性，將??上下電極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)９０°，則為其左右電極，故同理可求束流水平方向束流位??置探測(cè)電極上的感應(yīng)電流為：??９??

?第二章束流位置診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)???同理，可對(duì)公式（２．８）進(jìn)行中左右電極感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，并忽略高次項(xiàng)，??可得束流水平位置為：??ｐ?＿ＩＲ（ｔ）－ＩＬ（ｔ）?＝?２ｙｆ２ｓｉｎ（＜ｐ／２）?ｘ?（２?ｎ）??Ａ，ｚ＾￣?ＩＲ（ｔ）?＋?ＩＬ（ｔ）￣?ｑ＞?ｂ?＇??由公式（２．１０）和公式（２．１１）分析可得，無論是水平方向還是垂直方向，??其靈敏度均保持一致，如公式（２．１２）所示：??細(xì)免／＿２丄丄?（２．１２）??Ａ／ｚ?（ｐ?ｂ�。�??上述是差比和處理法的原理。在實(shí)際應(yīng)用中，差比和處理法有兩種運(yùn)用方??式。一種是先對(duì)電極信號(hào)進(jìn)行差比和處理，然后將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信??號(hào)。另一種是先對(duì)耦合來的電極信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)其進(jìn)行差比和處理。??２．對(duì)數(shù)比處理法??如圖２．２所示，為對(duì)數(shù)比處理法處理感應(yīng)信號(hào)的流程圖。??＾?＾?差??？帶通濾被器?對(duì)教放大器＾＾??ＢＰＦ?１／?器??＾——－ｄ］．??圖２．?２對(duì)數(shù)比處理法流程圖??上下探測(cè)電極耦合出感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)信號(hào)分別通過帶通濾波器進(jìn)行濾波處??理，然后再經(jīng)過對(duì)數(shù)放大器放大，最后進(jìn)入差分放大器，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)比處理過程。??經(jīng)過處理之后，可得對(duì)數(shù)比法處理下束流位置為：??ｐ?＝）ｎ?ｈｉｔ）?＿ＷＩｓｉｎ（屮／２）?ｘ??１ｍ）?￣?（ｐ?￣ｂ??＾?Ｌ?＾?＾?（２．１３）??ｎ?ｌＲ（ｔ）?４７２ｓｉｎ（９＞／２）?ｙ??ｒｖ?Ｌ＾）Ｊ＝＾??由公式（２．１３）可知，其靈敏度為：??２Ｖ２ｓｉｎ（Ｗ２）．Ｊ＿?（２?⑷??４／－?（ｐ?ｂ！２??１１??


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