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《中国科学技术大学》 2020年
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太赫兹近场高通量材料物性测试系统的束流诊断系统设计

钱梦翔  
【摘要】:在国家同步辐射实验室主持的《太赫兹近场高通量材料物性测试系统》工程项目中,包含一台长约3m的电子直线加速器,根据该电子直线加速器的相关技术要求,需要设计一套具有束流位置测量、束流能量与能散测量、束流长度测量和束流流强测量等功能的束流诊断系统。本文在此基础上展开了相关研究。首先设计了束流位置测量系统。在该电子直线加速器中的波荡器前后位置处,各有一个束流位置监测器(BPM)。由于条带BPM的高性价比,最终选择其进行束流位置测量。在波荡器之前,采用了具有正交对称性的圆形真空室下的条带BPM。针对波荡器出口处真空室非正交对称性的问题,设计了矩形和跑道形真空室下的两种非正交对称性条带BPM,基于边界元法,利用MATLAB软件分别对三种真空室下的条带BPM进行建模和仿真,比较其相关特性参数,选用了矩形BPM。束团的能量与能散,是加速器的关键指标之一。在太赫兹工程项目中,主体装置是一台直线加速器,要求能量和能散的分辨率好于10 KeV,对比各种测量方法,最终采用能谱分析系统测量能量和能散。本项目中要求束团长度测量的分辨率好于50 fs。以零相位法为基础,结合横向偏转腔法二次函数拟合求解束团长度的优势,提出了多相位法测量束团长度的方法。在多相位法测量束团长度的实际应用中,采用低电平技术确定参考相位并在此基础上测量相位,采用能谱分析系统测量对应的能散。在束流流强测量系统中,根据束团长度特性,选择了非拦截式的以积分束流变压器(ICT)为核心的束流电荷探测器(BCM)。最终探测器选用法国Bergoz公司的ICT,电子学选用配套的BCM-IHR。数据采集和显示选用Keysight公司的示波器。最后对整个系统进行总结,论述了各个系统的意义以及存在的不足,并提出了相应的改善计划。
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