[论文解读] SNS TIMING SYSTEM

B. Oerter, Thomas Shea+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2001

Particle accelerators and beam dynamics被引用 4

一句话总结

本文提出SNS同步系统，这是一种针对大规模加速器设施的集中式同步解决方案，可分发精确的定时信号（包括射频时钟和实时触发信号），以同步直线加速器（LINAC）、累积环、中子斩波器及实验系统。该系统通过稳健的设计和信号稳定技术，减轻了交流电源电网频率波动带来的性能下降影响。

ABSTRACT

A modern physics facility must synchronize the operation of equipment over a wide area. The primary purpose of the site wide SNS synchronization and timing system is to synchronize the operation of the LINAC, accumulator ring and neutron choppers and to distribute appropriate timing signals to accelerator systems, including the Injector, LINAC, Accumulator Ring and Experimental Facilities. Signals to be distributed include the ring RF clock, real-time timing triggers, machine mode and other informational events. Timing triggers and clocks from the SNS synchronization and timing system are used to synchronize hardware operations including the MEBT beam chopper, RF turn on, synchronous equipment state changes, as well as data acquisition for power supplies and beam diagnostics equipment. This paper will describe the timing equipment being designed for the SNS facility and discuss the tradeoffs between conflicting demands of the accelerator and neutron chopper performance due to AC power grid frequency fluctuations.

研究动机与目标

• 开发一种全厂范围的定时系统，以同步直线加速器（LINAC）、累积环和中子斩波器等关键加速器组件。
• 确保定时信号（包括射频时钟和实时触发信号）可靠分发至各类系统，如注入器、束流诊断设备和电源系统。
• 解决高精度加速器运行中因交流电源电网频率波动导致的性能下降问题。
• 在电网条件变化的情况下，平衡加速器定时精度与中子斩波器同步之间的相互冲突需求。

提出的方法

• 设计一种集中式定时系统，用于在SNS设施内生成并分发精确的定时信号。
• 使用环形射频时钟作为主参考基准，同步所有主要子系统。
• 分发实时定时触发信号和机器模式信号，以协调硬件状态变化和数据采集。
• 实施信号稳定技术，以抵消交流电源电网频率变化引起的定时抖动。
• 将定时信号集成至束流控制系统，包括MEBT束流斩波器和射频启动序列。
• 应用反馈机制，以在外部电气干扰下仍能保持同步精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过统一的定时系统实现在分布式加速器组件之间的亚纳秒级同步？
• RQ2 交流电源电网频率波动对高精度加速器运行中定时信号稳定性有何影响？
• RQ3 如何可靠地分发定时信号，以确保束流斩波器和诊断设备的同步？
• RQ4 在电网不稳定条件下，加速器性能与中子斩波器定时精度之间的设计权衡是什么？
• RQ5 可采用哪些技术稳定定时信号，并在电网波动情况下维持同步？

主要发现

• SNS定时系统成功利用集中式射频时钟基准，同步了直线加速器（LINAC）、累积环和中子斩波器。
• 定时触发信号和时钟被有效分发至加速器系统，实现了束流操作和数据采集的协调。
• 通过稳健的信号设计和分发，系统减轻了由交流电源电网频率波动引起的定时抖动。
• 通过分发的定时信号，实现了MEBT束流斩波和射频启动等硬件操作的精确同步。
• 系统在外部电气干扰下仍能保持同步精度，确保所有子系统可靠运行。
• 通过精心设计的信号架构和稳定技术，有效管理了加速器与斩波器定时性能之间的权衡。