Способ регулирования интенсивности пучка в циклическом ускорителе заряженных частиц

(19) (и) 0 Н 05 Н 13 04 ПИСАНИ БРЕТЕ св Н 0ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР1(ф 135552, кл. Н 05 Н 13/04, 11/00,1961,2. Авторское идетельство СССРВ 670087, кл. 5 Н 13/04, 1978(54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧКА В ЦИКЛИЧЕСКОМУСКОРИТЕЛЕ ЗАРЯЖЕННЬП ЧАСТИЦ с жест-кой фокусировкой, включающий измерение захваченного тока,. воздействиена частицы на локальном участкеорбиты в течение конечного промежутка времени параллельным медианнойплоскости ускорителя переменныммагнитным полем с постоянными втечение этого промежутка времениамплитудной и частотой, кратнойчастоте вертикальных бетатронныхколебаний частиц, о т л и ч а ю -щ и й с я тей, что, с целью увеличения точности и диапазона регулирова"ния, в течение первого промежУткавремени осуществляют прием от пучкасигнала, соответствующего моментукасания пучка стенок камеры ускорителя, продолжают воздействие напучок переменным магнитным полемдо уменьшения тока пучка до промежуточной между захваченной и требуемой величинами на интервал времени,кратный периоду переменного магнитного поля, прекращают воздействиеэтого поля на пучок и в течениеэтого интервала уменьшают амплитудупеременного магнитного поля по сравнению с амплитудой на первом промежутке, после чего дополнительновоздействуют на пучок полем с уменьшенной амплитудой в течение дополкительного промежутка времени вплотьдо достижения током требуемой величины, при этом измеряют девиациючастоты бетатронных колебаний вкаждом цикле ускорения и производятравную ей девиацию частоты перемениго магнитного поля в этом же циклеускорения.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке устройствдля проведения физических эксперимен.тов с высокой точностью регулировки,интенсивности ускорения пучка.Известен способ регулированияинтенсивности пучка в циклическомускорителе заряженных частиц, основанный на сбросе излишка инжектируемого пучка кольцевой камере синхротрона в период квазибетатронногоускорения пучка и .Недостатком известного способаявляется низкая точность регулирования, обусловленная нестабильностьюпространственно-временных параметровинжектируемого пучка.Прототипом .изобретения являетсяспособ регулирования интенсивностицучка в циклическом ускорителезаряженных частиц с жесткой фокусировкой, включающий измерение захваченного тока, воздействие на частицына локальном участке орбиты в течение конечного промежутка временипараллельным медианной плоскостиускорителя переменным магнитнымполем с постоянными в течение этогопромежутка времени амплитудой и30частотой, кратной частоте .вертикальных бетатронных колебаний частиц 21,Согласно известному способу наускоряемый пучок в одном из прямолинейных промежутков синхротрона воздействуют перемещенным во времени 35магнитным полем, вырабатываемымр Упо следующему закону регулирования:8 =Г;ф,3 а,сгдето 3 а -тр ) - измеренное в теку"щем 1 -м циклеускорения отклонение величины интенсивности пучками 45от требуемого ее1значения да - коэффициент усиления преобразователя,сигнала отклонения 50интенсивности взадающее напряжение;- параметр, учитываю"щий зону нечувстви тельности регулировочной характеристики; г - определяемые путемподбора соответствующего режимарезонансной раскач.ки пучка желаемыединамические коэффициенты объектарегулирования.Недостаток известного способа - низкая точность регулирования, обусловленная сложностью обеспечения при большом динамическом диапазоне изменений интенсивности пучка надлежащего соответствия между измеряемыми параметрами Р; М и ,используемого закона регулирования 1), а также необходимостью учета в этом случае уже существенно нелинЕйного характера процесса резонансного разгона амплитуд бетатронных колебаний в начале цикла ускорения. Кроме того, данный способ характеризуется также недостаточной устойчивостью самого процесса резонансного регулирования интенсивности пучка из-за колебаний от цикла к циклу регулирования и сравнительно медленной сходимости переходных процессов после окончания резонансной раскачки пучка. В результате снижается не только точность, но и диапазон регулирования.Целью изобретения является увеличение точности и диапазона регулирования. Цель достигается тем, что по способу регулирования интенсивности пучка в циклическом ускорителе заряженных частиц с жесткой фокусировкой, включающему измерение захваченного тока, воздействие на частицы на локальном участке орбиты в течение конечного промежутка времени параллельным медианной плоскости ускорителя переменным магнитным полем с постояннымиэ /в течение этого промежутка времени амплитудой и частотой, кратной частоте вертикальных бетатронных колебаний частиц, в течение первого промежутка времени осуществляют прием от пучка сигнала, соответствующего моменту касания пучка стенок камеры ускорителя, продолжают воздействие на пучок переменным магнитным полем до уменьшения тока пучка до промежуточной между захваченной и требуемой величинами, иа интервал времени, кратный периоду переменного магнитного поля,прекращают воздействие этого поля напучок, и в течение этого интервалауменьшают амплитуду переменногомагнитного поля по сравнению самплитудой на первом промежутке,после чего дополнительно воздейст 5вуют на пучок пошлем с уменьшеннойамплитудой в течение дополнительногопромежутка времени вплоть до дости-жения током требуемой величины, приэтом измеряют девиацию частоты бета.тронных колебаний в каждом циклеускорения и производят равную ейцевиацию частоты переменного магнитного поля в этом же цикле ускорения.На фиг, 1 представлена блок-схема 15одного из возможных вариантов устройства для реализации данного способа; на фиг. 2,3 и 4 - графики переменных во времени величин.Устройство, реализующее данный 20способ, содержит высокочастотный(ВЧ)магнит 1, расположенный на одномиз прямолинейных промежутков между,фокусирующими полублоками кольцевого .магнита, оконечный каскад усилителя 252 тока, модулятор 3 с независимыми управляющими входами, задающийгенератор 4 высокочастотных синусоидальных колебаний с регулируемойчастотой, многоканальный блок 530компараторных различителей(дифференциальных дискриминаторов) амплитудысигнала интенсивности, функциональный преобразователь 6 сигнала интенсивности в пронормированный поамплитуде импульсный сигнал .длитель-.5ностью, пропорциональной значениюарк-тангенса от нормализованнойвеличины достигнутого относительного отклонения интенсивности пучка,задатчик 7 уровня сигнала интенсивности, требуемого в данном циклеускорения, блок 8 аналогового запоминания сигнала интенсивности ускоряемого пучка, измеритель 9 сигналаинтенсивности ускоряемого пучка,таймерное устройство 10 управлениядлительностью фаз двухступенчатогорегулирования, программно-управляемый по шинам 11 блок 12 электроннойзадержки запускающего сигнала,поступающего по шине 13 от таймернойсистемы ускорителя(не показана),триггер 14 управления, блок15аналого-цифрового преобразования(АЦП)сигнала интенсивности с информационными выходами 16, блок 17фиксированной электронной задержки,триггерный датчик 18 сигнала критического размера пучка, управляющую шину 19 сигнала обратной связи от цифрового процессора(не показан), обеспечивающего корректировку регули. ровочной характеристики устройства.Для графиков на фиг. 2, 3 и 4 приняты следующие обозначения: 20 - высокочастотный сигнал возмущающего электромагнитного поля на орбите пучка при первой ступени регулирования(сигнал показан только для одного цикла ускорения), 21 - высокочастотный сигнал возмущающего электромагнит ного поля(сигнал показан только для одного цикла ускорения), 22-сигнал интенсивности пучка до начала наступления его разрушения(сигнал показан только для одного цикла ускорения), 23-тот же сигнал интенсивности пучка в период начального разрушения на первой ступени регули- рования, 24-тот же сигнал интенсив-, ности пучка в период его резонансного разрушения на второй ступени регулирования, 25 и 26-напряжения на времязадающем конденсаторе функционального преобразователя 6 соответственно на первой и второй ступенях регулирования интенсивности пучка для одного цикла ускорения, 27-уровень напряжения на времязадающем конденсаторе, соответствующий моменту фиксации окончания второй ступени регулирования(уровеньФ ,показан только для опорного цикла . ускорения).Регулирование интенсивности пучка по данному способу осуществляется следующим образом.При достижении ускоряемыми части. цами заданного значения энергии Е 2,7,1 гдето - энергия инжекции, в установленный момент времени по задержанному (блоком 12) запускающему сигналу взводят триггер 14. управления, посредством которого фиксируют в блоке 8 аналоговой памяти усреднен. ное за несколько последних оборотов пучка амплитудное значение сигнала интенсивности 3. С поступлением сигнала интенсивности на вход блока 5 запускают таймерное устройство 10 регулятора; а с помощью блока АЦП 15 производят преобразование сигнала интенсивности в соответствующий двоичиый код и его передачу в цифровой процессор(не показан).В то же время гармоническим ,воздействием на пучок с наперед про2784 10менно достигается также за счетподстройки к началу каждого цикларегулирования частоты задающеговоздействия к его резонансному значению и соответственно за счет постепенного в этом случае увеличенияего расстройки по мере уменьшенияизбытка ускоряемых частиц) с предотвращением.таким образом возможностинеконтролируемого разрушения всегоускоряемого пучка в условиях наличиябольшого уровня возмущающих воздействий помех) . Длительность раскачки И в оборотахпучка) Значения показателя степени Р характеристики разгона для различных моментовначала раскачки пучка Т +40 мкс н 1 М,180М 420 2 1,154 1,117 1,11 1,164 1,177 1,298 1,236 1,227 1,335 1 315 9 107 цифровой процессор значение отрегулированной интенсивности пучка, на основе совокупности сопоставительных оценок которых судят по среднеквадратичному критерию о качестве осущест" 5 вляемого регулирования за ваданное число циклов ускорения и при изменении настройки ускорителя сигналом обратной связи от цифрового процессо. ра по шине 19 корректируют в блоке 1 О 6 соответствующее значение масштабного коэффициента нормализации ЕПреимущества данного спрсоба регулирования интенсивности пучка состоят прежде всего в том, что здесь 15 отсутствуют характерные для извест". ных способов с замкнутым циклом регулирования трудности, связанные с запаздыванием сигнала обратной связи и ошибками, получаемыми в условиях возмущенной орбиты количественной информации по пучку.Данный способ регулирования отличается от прототипа и его известных аналогов также тем, что в этом случае 25 по мере уменьшения отклонения интенсивности ускоряемого пучка от требуе-, мого значения первая ступень) дальнейшее принудительное разрушение избытка ускоряемых частиц производят уже со значительно ослабленной силой управляющего гармонического воздейст вия на.пучок, что обеспечивает повышение степени астатизма регулирования и дает воэможность компенсации динамических погрешностей переходных 35 процессов и увеличивает точность отработки исходного рассогласования. При этом повышение степени устойчи" вости процесса резонансного регулирования интенсивного пучка одновре-, 40 В целом существенное повышение точности и эксплуатационной надежности способа обеспечивается тем, что при двухступенчатом возбуждении бетатронных колебаний отпадает имеющая место в прототипе-см.уравнение 1) -неконтролируемая зависимость динамических коэффициентов регулятора г, и г,3 от амплитуды управляющего гармонического воздейст 1 вия 11 , а сама выработка управляющего воздействия при предлагаемом способе производится уже по нормализованному задающему воздействию.Вместе с этим использование в предлагаемом способе продолжительности действия резонансного возмущения пучка как меры регулирования его разрушением на требуемую глубину позволяет в предусматриваемых условиях сохранения стационарности процесса резонансной раскачки вынужденных колебаний повысить воспроизводимость результатов регулирования при вариациях от цикла к циклу распределения частиц в ускоряемом пучке по амплитудам бетатронных колебаний. Т +80 мкс ТН Тд +40 мкс н н н 21072784 Техред А.Ач . КоРРектоР М.Максимиши актор О.Юркова Зак но Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Щоектная,4 234/3 Тираж ВНИИПИ Государс по делам иэо 113035, Москва, 82енногоетений