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上海光源(SSRF)是一台低发射度、高流强、长寿命、高稳定度的第三代同步辐射光源装置。作为注入器运行的增强器是上海光源的重要组成部分,也是国内第一台专职注入功能的电子增强器。储存环注入,尤其是恒流注入模式下,要求增强器引出束的能量、流强、发射度、轨道等参数都具有高度的稳定性,因此增强器的设计和调试焦点在于传输效率、重复性和稳定性,难点在于升能过程中磁场和高频的作用。
本文从环形加速器的粒子运动方程出发,导出了与束流稳定性相关的几种因素:Lattice方案、二极场误差、四极场误差、高阶场误差以及色品、升能(Ramping)过程中四极磁铁对能量的跟踪精度、高频的腔压、及相关系统稳定性的影响。相关的研究围绕着分析和解决这些因素对增强器稳定性的影响展开。
本文在以下几个方面展开较深入的研究。通过对Lattice线性参数、非线性影响、Ramping曲线和升能过程中特有的物理现象、束流接受度的研究,从理论设计上保证增强器满足注入要求:采取主动措施对制造和安装过程中存在的误差的作用进行有效的抑制:通过二极铁的排序,可将由二极磁铁磁场一致性误差产生的水平闭轨畸变减小至1/4~1/5,实际调束中能够将低能下的闭轨畸变控制在3.5mm以下,不采用校正铁即可实现升能过程的优化:研究了如何在低能下利用校正磁铁和高能下通过移动四极铁中心位置进行闭轨校正;针对磁铁的Ramping曲线对能量的跟踪精度,根据理论推导,通过二极铁扫描、升能过程中工作点和色品的测量校正,对增强器二极铁、四极铁和六极铁的Ramping曲线进行了优化;研究了高频参数包括高频功率、电压曲线等的选择对束流参数的影响,以及高频腔引入的横向和纵向的祸合所造成的束流参数的变化。以上这些研究和响应措施的应用使得增强器能够工作在较为稳定的状态下,大大提高了调束的速度和调节的灵活性。
本文还讨论了直线加速器、高低能输运线和注入引出系统的不稳定性对增强器束流的影响。通过讨论发现直线加速器引出束流流强和能散是最主要的误差源,并从传输效率测量的侧面说明了这些理论分析的正确性。
增强器调束表明,上海光源增强器的束流流强长期稳定性在3%左右,束流能量稳定性好于0.01%,轨道稳定性达到0.5mm,达到了储存环的注入要求。