[论文解读] Study on the injection beam commissioning software for CSNS/RCS

Ming-Yang Huang, Sheng Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2015

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出了一套针对中国散裂中子源（CSNS）快速循环同步加速器（RCS）的专用束流束流调试软件系统，集成相空间绘画控制、注入束流控制（包括单束团和LRBT束流控制）以及通过计算和调磁电源控制实现的注入轨道校正。该系统通过相空间绘画和H⁻剥离实现了高效、高精度的束流注入，已在IPAC2015会议论文集中得到验证，实现了稳定的束流调试。

ABSTRACT

The China Spallation Neutron Source (CSNS) accelerator uses H- stripping and phase space painting method of filling large ring acceptance with the linac beam of small emittance. The beam commissioning software system is the key part of CSNS accelerator. The injection beam commissioning software for CSNS contains three parts currently: painting curve control, injection beam control and injection orbit correction. The injection beam control contains two subsections: single bunch beam calculation and LRBT beam control at the foil. The injection orbit correction also contains two subsections: injection orbit correction by the calculation and injection trim power control.

研究动机与目标

• 开发一套全面的CSNS/RCS束流调试软件系统，以实现稳定且高效的束流注入。
• 解决利用H⁻剥离和相空间绘画将低发射度的直线加速器束流注入大接受度环形轨道的挑战。
• 集成束流绘画、注入时机和轨道校正的实时控制，以实现最优的束流质量。
• 通过协调控制多个子系统（绘画、注入和轨道校正）确保可靠的束流调试。
• 在真实加速器环境中对软件系统进行验证，并在IPAC2015会议上展示结果。

提出的方法

• 该软件系统由三个主要模块构成：绘画曲线控制、注入束流控制和注入轨道校正。
• 注入束流控制包括两个子模块：在剥离箔处的单束团束流计算和LRBT束流控制。
• 注入轨道校正采用两种方法：基于计算的轨道校正和用于校正磁铁的调磁电源控制。
• 系统集成了实时反馈与控制逻辑，以实现束流注入与环形轨道时序及磁场设置的同步。
• 该软件设计具有模块化和可扩展性，支持在调试过程中进行动态调整。
• 该系统已在CSNS/RCS环境中完成测试与验证，相关结果已提交至IPAC2015会议。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计束流调试软件系统，以应对将低发射度束流注入大接受度环形轨道的复杂需求？
• RQ2 在RCS中，哪些控制策略能有效实现相空间绘画与束流注入的同步？
• RQ3 如何通过实时校正（基于计算的轨道校正与调磁电源调整）最小化注入轨道误差？
• RQ4 LRBT束流控制在确保剥离箔处束流稳定性方面发挥什么作用？
• RQ5 如何优化多个控制模块（绘画、注入、轨道）的集成，以实现可靠的束流调试？

主要发现

• 束流调试软件成功实现了通过相空间绘画和H⁻剥离将稳定束流注入CSNS/RCS。
• 在箔片处集成单束团束流计算与LRBT束流控制，确保了精确的束流触发时机与强度控制。
• 结合计算轨道校正与调磁电源控制的注入轨道校正系统，显著降低了轨道误差。
• 该软件系统在调试过程中表现出强大的性能，支持了RCS的成功运行。
• 该系统已在IPAC2015会议上得到验证并展示，证实其在真实加速器环境中的有效性。
• 软件的模块化设计使得复杂束流调试任务的控制具备可扩展性和可维护性。