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装置介绍
 
加速器
光束线站
   
HEPS主要设计参数
储存环周长:1360.4m
运行能量:6GeV
发射度:≤ 0.06nm·rad
亮度:>1×1022 phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW
光束线站:首期建设14条公共线站
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   加速器是光源的主体,负责为光束线站提供高品质的同步光。HEPS加速器由储存环、增强器和直线加速器三台独立的加速器,以及连接这三台加速器的3条输运线组成。HEPS整个加速器的结构如图1所示 

    

   1 HEPS储存环、增强器及输运线的布局  

    【储存环】HEPS加速器的主要部分为一个超低发射度电子储存环,其周长为1360.4m,束流能量为6GeV,最高流强200mA,全环由48个改进型混合7BA单元组成,来实现小于等于60pm·rad的水平自然发射度。储存环的硬件系统主要包括由二极铁、四极铁、六极铁、八极铁、独立校正铁、以及校正线圈等组成的磁铁系统和相应的磁铁电源系统,还有真空系统、高频系统(基频及三倍频系统)、束流诊断系统、注入引出系统,插入件系统、控制系统,以及各种元件的支架和底座组成  

    【增强器】增强器是一个电子同步加速器,它是储存环的满能量注入器,采用4重对称的FODO磁聚焦结构,周长约454.5m,由磁铁系统、电源系统、高频系统、真空系统、机械系统、控制系统以及束测系统等构成。它将电子束流从500MeV加速到6GeV。在6GeV时,将储存环回注来的束流与升能后的束流汇合,完成电荷量的累积,之后重新注入到储存环中,从而实现储存环运行所需的束流流强  

    【直线加速器】直线加速器是增强器的注入器,全长约49m,采用长寿命且高稳定性的热阴极电子枪、技术成熟的常规聚束系统、S波段常温等梯度行波加速结构、功率源系统、以及微波幅度和相位控制系统等。输出束流的能量为500MeV,宏脉冲重复频率50Hz、半高全宽1.1ns、设计电荷量7nC  

    【低能输运线】低能输运线长约25m,用来连接直线加速器和增强器,并将在直线加速器输出的能量为500MeV的束流输送到增强器中  

    【高能输运线】HEPS有两条高能输运线,它们结构类似,每条长约105m。其中一条输运线将储存环中的束流引出并回注到增强器中,和增强器内完成升能的束流汇合;另一条将融合后的束流传输并注入到储存环中  

  1 HEPS加速器的主要设计和验收指标   

    

设计指标 

验收指标 

储存环周长m

1360.4 

 

增强器周长(m

454.5  

 

Lattice结构 

48×7BA  

   

能量(GeV

6  

  

流强(mA

200  

100  

发射度(nm·rad

0.06  

0.1  

亮度(phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW

>1×1022  

2×1021 

 

    【建设难点】     

  HEPS储存环的设计目标是实现低于0.06nm×rad的水平自然发射度,因此采用了改进型混合7BA结构。这种结构需要超高强度的四极磁铁和六极磁铁,其结果就是动力学孔径很小以及对误差特别敏感。而且,束流横向尺寸的大幅减小,对束流位置稳定性就提出了更高的要求。这些因素都大大增加了设计、建造和运行的难度,主要表现在以下几个方面:  

    (1)    主要磁铁的准直精度需要好于20μm以降低安装误差带来的影响;需要极高的磁铁设计和加工精度以实现超高强度和好场区的要求;要求好于10ppm的超高磁铁电源稳定度;  

    (2)    超高强度的六极磁场具有很强的非线性效应,使得储存环动力学孔径很小,难以实现传统的离轴注入方式,因此需要研制高精度、短脉冲的在轴注入系统;增强器的高能电荷积累及回注也是本装置的建设难点;  

    (3)    由于光源点的束流横向(特别是垂直方向)尺寸往往在1μm左右,而用户需要光源点的位置稳定度好于束流尺寸的10%,即要求实现好于0.1μm量级的轨道稳定性,这不仅对束流位置测量系统和快轨道反馈系统提出了很高的要求,也要求对加速器隧道地基采用特殊的工艺来消除微振动对束流的影响。  

    

    

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