加速器总体计划与任务T整理.ppt

同步辐射光源水平） • 两阶段工程，第二
阶段亮度翻倍+具备 极化电子束 • 远期考虑配置极化 正电子束
Layout
Interaction Region: Large Piwinski Angle Collision +Crabbed Waist
Snakes
Detector
Crab Sextupole
➢ 束-束效应的研究变得更为复杂了
小结：做一个怎样的加速器？
➢ 主要参数和总体思路
Parameters Circumference/m Optimized Beam Energy/GeV Energy Range/GeV
Current/A
Collision Angle(full θ)/mrad
Hour-glass Factor Luminosity/×1035cm-2s-1
二、关键加速器物理与技术问题
怎样做这个加速器？2018-2019年国际研讨会形成共识
关键物理问题
➢ Lattice Design，实现最小的β ➢ Beam-beam Effects and ξy，非线性分析和数值模拟 ➢ Impedance and Collective Effects，集体效应研究 ➢ Injection，注入方法 ➢ Ring Polarization Issues，极化问题 ➢ Interaction Region Misc，对撞区几何设计、磁铁和接口等
关键技术问题
➢ 极化束流的实现与保持 ➢ 高精度束流诊断（发射度、尺寸和极化度测量） ➢ 束流反馈和轨道反馈 ➢ 超导谐振腔 ➢ 超导磁铁、阻尼扭摆器（Damping Wiggler），常规高场
磁铁 ➢ 超高真空相关技术及阻抗优化的真空室 ➢ 注入器相关的多种技术
三、研究进展
小结
➢ 2018年-2019年三次国际研讨会，列出了物理问题
➢ 客观上难以解决的困难
• 无大型纵向课题驱动，团队学术影响力需要提升 • 无加速器依托单位，难以保障队伍
怎么做？有限目标，坚实前进
mini-preCDR，缩小目标：25%最关键的完成度
扩大团队并提升学术影响力
➢ 团队急需：1-2名全职faculty（可以是特任副研），2-3名 全职postdoc
• 束流参数，包括发射度、β函数、流强、尺寸、寿命…… • 对撞区的磁铁排布方法 • FODO和MBA的两种弧区结构 • beam-beam；集体效应；……
➢ 2019年，技术研讨会，讨论了关键技术
• 束测，控制，高频…… • 未来：磁铁，真空……
➢ 研究进展举例
• 完成了初步的加速器线性设计，讨论了非线性动力学 • 开始了beam-beam模拟工作，结论近期将总结 • 完成了束测系统技术方案
如何达到加速器物理设计目标
➢ How to get very small βy function of <1mm? ➢ Increased f0Nb, optimized ξy
• Collective effect, Beam-beam effect, working point scan for luminosity
罗箐 2020-02-20 国家同步辐射实验室加速器部
主要内容
超级陶粲装置加速器概念 关键加速器物理与技术问题 研究进展 现状与困难
一、超级陶粲装置加速器概念
双环对称特例
秦庆，段哲 超级Tau－粲粒子子子工子厂回顾及设想
Crabbed Waist
➢ 交叉角对撞引入新的束-束共振，限制tune shift
• Touschek, Microwave instability, Bunch Lengthening, TMCI, IBS, etc.
• Multi-bunch:
• Coupled-Bunch Instability, HOM, Electron Cloud, etc.
➢ Key points
• Lifetime and instabilities • IBS and other effects increased emittance and bunch size
举例：Lattice with FODO arc
1. Interaction region 2. Long arc section 3. Short arc section 4. Technical section
*Dr. Weiwei Gao
➢ Lattice function of the whole ring (designing in progress)
2.4/0.03 nm·rad 60/0.6 mm 60 mrad
0.8(estimated) 0.04~0.06(estimated)
540m
举例：束测系统，全数字束流反馈系统方案及技
术路线
最大限度地实现宽带数字化，最大 程度地实现功能软件化,将宽带模 数变换器(A/D)及数模变换器(D/A) 尽可能地靠近射频天线。
60
Hour-glass Factor Luminosity/×1035cm-2s-1
0.04~0.06 (estimated)
0.8 (estimated)
0.63~0.95 estimated
举例：基于MBA结构弧区的lattice
Parameters Peak Luminosity
Beam Energy
Injector
Wigglers
Linac 0.53.5 GeV
About injector: For e+ and e-, no booster, 0.5GeV->1~3.5GeV e+, a convertor, a linac and a damping ring, 0.5GeV e-, a polarized e- source, accelerated to 0.5GeV
软件无线电理想模型
全数字逐束团反馈系统与目前已有 的数字反馈系统有很大的不同，通 过对BPM信号直接采样，在FPGA芯 片中进行数字变频、信号提取、滤 波、移相、延时、抽取等一系列运 算操作，最后再由高速DA输出反馈 信号，直接驱动功率放大器作用于 束流。
全数字逐束团反馈系统架构
举例：真空系统，激光刻蚀降低材料二次电子产 额实验研究
vacuum components and suggest possible modifications; • Bench Measurement and On-line Measurement
IR区的考虑
➢ Technical design for IR. Under preparation
• All devices at interaction region, such as magnets, solenoids, beam pipes, and so on, need to be considered with global view.
• synchro-betatron共振（SBR），整数共振 • 有交叉角时的束-束相互作用对束-束共振有重要贡献
➢ DAФNE Ф Factory的Crab Waist INFN-LNF, 2010 PRL
• 在对撞点两侧合适的相位引入一对Crab六极铁 • 抑制共振，提高峰值亮度；增加工作点空间上高亮度区域范围
➢ 必须在现有体制框架内组成可信赖的骨架团队
现状
➢ 人力对比（仅指设计阶段的CDR）
• HALF加速器CDR：30人左右全职+20人左右协助，3年 • CEPC加速器CDR：30人左右全职+30人左右协助，6年 • STCF：3-4人半职（实际10~50%精力）+3-4人协助，1-2年？
➢ 5%人力×30-40%时间，即1.5-2%的投入达到60%完成度
Current Beam Emittance εx/εy βx*/βy* Crossing Angle Hourglass factor H ξy Circumference
Value 0.5~0.8×1035 cm−2s−1(estimated) 2GeV，1-3.5GeV
tunable 1.5 A
阻抗和集体效应
➢ STCF束流特性
• High Current (compared to light sources); Low Energy (compared to B factory, FCC-ee/CEPC…)
• For Ring only: Like 3rd Generation Light Source; For Collider, Beam-beam Effects • Single Bunch:
• MBA type: stronger focusing, smaller ring with lower cost, may clear up more space for straight sections and polarization
➢ Key Points
• -I transformation for nonlinearity cancellation • -I transformation used both in arc section and IR • Very weak nonlinearity in arc section
➢ Reasonable aperture and lifetime
➢ Comparison between lattice with FODO and MBA arc
• FODO type: weaker focusing, better nonlinearity and larger room for optimization, especially when work energy has been changed