CEPC SRF System Jiyuan Zhai 2016-11-22.

Slides:



Advertisements
Similar presentations
海南洋浦港区深水航道及岸滩整治工程 简 介 中交天航局洋浦工程项目经理部. 中交天津航道局有限公司 洋浦港是洋浦经济开发区的核心资源,对于开发区的腾飞起 着举足轻重的作用。 2008 年 4 月,胡锦涛总书记到洋浦经济开发区进行考察时指 出,洋浦港 “ 要积极参与中国 — 东盟自由贸易区建设和环北部湾区.
Advertisements

CEPC 摄影准直测量预研进展 一、测量模型研究:根据加速器设备布局范围大、控制点间距 大、单相机视场宽度不够的特点,我们研究设计了四相机测量模 型如下:
无线功率传输基本知识 电气工程系 李金刚.
资阳南车电力机车有限责任公司 期待您的加盟.
龙骑士—十三陵水库骑行 北研所自行车俱乐部 2009年7月19日 我们是龙的传人,我们欢迎你来到龙的家园,加入龙人一族吧!
尊重价值规律.
師資培育中心外埠教育參觀.
高考复习专题 高考命题与地理计算: 地理计算
超声医学 第六章 脾脏疾病的诊断.
顺德区重点用能单位节能管理培训 节能法律法规及相关政策.
第六章 19世纪初英法的经济学说 第一节、马尔萨斯的经济学说 第二节、萨伊的经济学说 第三节、西斯蒙第的经济学说
保良局黃永樹小學 數學科之數學遊蹤.
授课内容:适用范围、上岗条件安全规程、操作准备、操作顺序、正常操作、特殊操作、收尾工作。 授课时教:8课时 重点难点:上岗条件;岗位责任制
第三十三章阑尾炎 晏龙强.
电力工程检测试验费用计算方法 2015年10月.
BEPCII在BESIII取数中 亮度超过 51032cm-2s-1
BESIII物理分析工具 黄彬
Euler’s method of construction of the Exponential function
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 49, NO. 3, MARCH 2013
§5.6 Hole-Burning and The Lamb Dip in Doppler- Broadened Gas Laser
第三讲:基本问题;横向运动初步.
RIBLL1 RF-Deflector的物理设计
製程能力分析 何正斌 教授 國立屏東科技大學工業管理學系.
沙鹏,刘振超,翟纪元,刘柏奇,王牧源,戴劲,米正辉,王光伟,孙毅
HOM damping methods for CEPC
3.用计算器求 锐角三角函数值.
指導老師: 楊金山 班級: 電商四乙 姓名: 劉丞哲 學號: 4A155097
台灣光子源(TPS)- 簡介 本中心同步加速器光源自1993年運轉至今已有15年的歷史,國內外利用此設施從事尖端科學研究的實驗團隊與人數均快速增加,且其研究成果之質與量亦大幅成長,各領域已做出數量可觀的科學實驗。有鑒於我國跨領域尖端研究對高亮度X光光源之殷切需求,與國際間高亮度加速器光源設施的強烈競爭,國內凝聚了對新加速器光源的需求,因而開啟了「台灣光子源」之籌建構想。經過了台灣光子源工作團隊近年來全力以赴的努力,突破許多土木建造作業與加速器設計技術上的瓶頸,終於台灣光子源計.
磁共振原理的临床应用 福建医科大学附属第一医院影像科 方哲明.
1 試求下列各值: cos 137°cos (-583°) + sin 137°sin (-583°)。
2012/2013年度亮度调试总结与展望 物理组—于程辉 一、本轮运行总结 二、亮度继续提高的要点 三、下一轮机器研究目标及对硬件的需求.
句子成分的省略(1).
第六讲:阻尼、激发与束团尺寸.
107學年度國民中學 學障鑑定個測工作說明 Loading…… 臺東縣特教資源中心.
1 在平面上畫出角度分別是-45°,210°,675°的角。 (1) (2) (3)
電腦網路應用 網路的發展在帶給我們便捷資訊傳輸的同時,也帶來了一些以前所未遇到的問題,例如網路資訊的智慧財產權、網路禮儀、保護個人隱私、防範駭客入侵等等,如何因應與解決,將是每一位上網新手必修的課程。
束流负载效应和 高频直接反馈 张闯 (提供讨论)
CEPC 部分双环方案 低温系统讨论 加速器中心 低温组 李少鹏 2016年4月8日.
铺地面.
中国科学技术大学计算机系 陈香兰 2013Fall 第七讲 存储器管理 中国科学技术大学计算机系 陈香兰 2013Fall.
Inter-band calibration for atmosphere
6. 續三角學 (a) 如何記住三角恆等式? 三角恆等式巧記Tips: 轉化角度為180o± 及360o± 的三角比。
运动学 第一章 chapter 1 kinematices.
第四单元:比 比的意义 浙江省诸暨市暨阳街道暨阳小学 郦 丹.
3-3 錐度車削方法 一、尾座偏置車削法 二、錐度附件車削法 三、複式刀座車削法.
偶氮苯的光化异构体.
Baryon meson.
Nucleon EM form factors in a quark-gluon core model
第六节 无穷小的比较.
磁共振原理的临床应用.
Mechanics Exercise Class Ⅱ
第三模块 函数的微分学 第一节 导数的概念 一、瞬时速度 曲线的切线斜率 二、导数的定义 三、导数的几何意义 四、导数的物理意义 五、导函数
HOM damper RF & mechanical design
CEPC Cryomodule for 650MHz cavity
實習一 RC耦合串級放大電路實驗 實習二 直接耦合串級放大電路實驗 實習三 變壓器耦合串級放大電路實驗
第10章 发动机起动系 10.1 概述 10.2 起动机.
S3-Physics Revision ( ) Second Term.
這個距離可以是直線的長度,也可以是曲線的長度。
學習面積之前,要先知道…… 面積是用來表示面的大小 面的組成來源: 點 線 面 ․ ․ ․ ․ ․
CEPC 注入 Cui Xiaohao 2017/09/22.
智慧與恩典 2015年12月5/6日 香港聖經教會.
HOM coupler multipacting计算
CEPC SRF 系统例会 CEPC SRF 讨论会 时间地点:9月27日起,隔周二,主楼C407,假期轮空 召集人:系统负责人
三角比的恆等式 .
12-13直线加速器运行及改进 2013年8月 加速器中心 陈志比 2019/8/3.
第二模块 函数、极限、连续 第七节 无穷小量的比较
BEPCII调束及运行总结 (2012 – 2013) 秦 庆 高能所加速器中心 BEPC-2013.
三角 三角 三角 函数 已知三角函数值求角.
BESIII MDC 模拟与调试 袁野 年粒子物理实验计算软件与技术研讨会 威海.
Presentation transcript:

CEPC SRF System Jiyuan Zhai 2016-11-22

CEPC 主环超导高频参数(61 km) H W Z 能量 (GeV) 120 80 45.5 主环类型 单环 双环或 (改进型) 局部双环 对应物理参数: wangdou20160918/23 (周长 61 km) H Low Power High Lumi W Z 能量 (GeV) 120 80 45.5 主环类型 单环 双环或 (改进型) 局部双环 亮度 / IP (1034 cm-2s-1) 2.0 3.1 4.3 4.5 同步辐射总功率 (MW) 100 66 43 9 单束流强 (mA) 16.6 11.0 16.9 36.5 67.6 高频腔压 VRF (GeV) 7 3.51 3.48 0.75 0.12 650 MHz 超导腔 5-cell 2-cell 超导腔数目 384 480 192 32 低温恒温器 (超导组元) 数目 96 16 加速梯度 Eacc (MV/m) 16.2 16.0 15.8 8.5 8 品质因数 Q0 @ 2 K 4E10 2E10 每腔匹配输入功率 (kW) 267 137 209 226 277 每腔高阶模功率 (kW) 3.7 0.5 0.7 0.8 0.9 腔壁损耗 @ 4.5 K eq. (kW) 23 22.5 22.1 2.5 0.4

CEPC 主环超导高频参数(100 km) H Z 能量 (GeV) 120 45.5 主环类型 双环或 (改进型) 局部双环 对应物理参数: wangdou20161118 (周长 100 km) H Low Power High Lumi Z 能量 (GeV) 120 45.5 主环类型 双环或 (改进型) 局部双环 亮度 / IP (1034 cm-2s-1) 2.0 3.1 1.2 同步辐射总功率 (MW) 66 100 1.8 单束流强 (mA) 20 30 24 高频腔压 VRF (GeV) 2.2 0.12 650 MHz 超导腔 2-cell 超导腔数目 288 384 16 低温恒温器 (超导组元) 数目 48 64 加速梯度 Eacc (MV/m) 16.8 12.6 16.7 品质因数 Q0 @ 2 K 1E10 每腔匹配输入功率 (kW) 231 263 117 每腔高阶模功率 (kW) 0.4 0.6 0.2 腔壁损耗 @ 4.5 K eq. (kW) 22.5 1.6

束团串相移及差频补偿(61 km) 100 km若保持束团串相对长度不变,Higgs相移增大一倍以上 H W Z 束团电量 (nC) 32 对应物理参数: wangdou20160918/23(周长 61 km) H Low Power High Lumi W Z 1-cell 束团电量 (nC) 32 18.6 12.5 总束团数 (单束) 70 107 400 1100 束团间距 (ns) [束团串总长 < 3.2 km] 152.3 98.5 26.2 9.2 每腔腔压 (MV) 7.4 7.3 3.9 3.7 同步相位 (deg) 123 122 128 146 PDR 1+1 束团串最大腔压降 11 % 18 % 72 % 140 % 70 % PDR 1+1 束团串最大相移 (deg) 12 19 67 / 49 PDR三阶差频腔数 (频移 29 kHz) 33 51 83 28 14 APDR 4+4 束团串最大腔压降 3 % 4 % 35 % APDR 4+4 束团串最大相移 (deg) 3 4.8 16.7 24.2 12.1 APDR二阶差频腔数 (频移 79 kHz) 10 16 27 9 4 100 km若保持束团串相对长度不变,Higgs相移增大一倍以上

Z-pole高频系统设计的主要问题 目前 Z 亮度/IP 4.5 x 1034 cm-2s-1,束团间距 9.2 ns(6 buckets),每2-cell 腔高阶模功率 0.9 kW。硬件与Higgs和W基本兼顾。 若改为1-cell,高阶模功率不变,亮度可提高至 1 x 1035 cm-2s-1 按现有高阶模耦合器功率容量,可填满bucket,亮度至 2.5 x 1035 cm-2s-1, 但束团间距减为最小的 1.54 ns,探测器困难。 若继续提高亮度,则受局部双环长度和高阶模功率双重限制。若用满 100 MW 功率,Z-pole亮度 5 x 1035 cm-2s-1 但高亮度都有功率耦合器功率过大、局部双环束团相移过大等问题。 另外,Z运行时,Higgs腔若在线低温失谐,高阶模功率和不稳定性等问题。 极低腔压、高束流负载,最佳失谐量大于回旋频率,基模稳定性问题,应减 少腔数,与功率耦合器功率矛盾

W和Z失配功率及欠耦合运行稳定性 where, q is the relative change to optimal QL, ε is the change of detuning to optimal detuning over half bandwidth. Only one mode can achieve 100 % RF to beam power efficiency at its nominal design. More power needed for other modes (36 % ~ 165 % more power needed for W and Z). Again coupler capacity problem. Under- coupling not good for stability. RF distribution problem. Variable Coupler.

局部双环束团串瞬态束流负载 束团相移产生的原因 束团相移补偿方法 束团经过高频腔瞬间提取能量、腔压下降,功率源在下个束团到来前补充能 量、恢复腔压。若束团间距减小,功率源功率不足,则腔储能和腔压持续下 降。由于自动稳相原理,束团将向加速电场峰值移动,同步相位减小、纵向 聚焦减弱,引起动力学效应,降低束流寿命和亮度。 相移量与每个束团串中的束团数、束团电量和cell数成正比,与腔压成反比 束团相移补偿方法 增大腔储能(减小cell数;增大腔压和同步相位,但受到动力学限制) 束团尽量均布(增加束团串数目,即APDR,或者增加束团串长度) 脉冲功率补偿(功率源很难实现,且微波到束流功率转换效率低) 拍频腔补偿(使一部分功率源和高频腔产生小量频移,形成拍频) Δ 𝜃 1𝑁 ≈ −2𝑘𝑞 𝑉 𝑐0 sin 𝜙 0 𝑇 t 𝑇 g / 𝑇 b 𝑇/ 𝑁 t ≈ −2𝑘 𝐼 0 𝑇 𝑔 𝑉 𝑐0 sin 𝜙 0 ≈ −2𝑘𝑞𝑁 𝑉 𝑐0 sin 𝜙 0

加入基模尾场的相振荡方程 Phase equation where 𝜏 𝑛 + 𝜔 𝑠 2 𝜏 𝑛 =− 𝑒𝛼 𝐸 0 𝑇 𝑉 𝑛 C ring circumference Ln longitudinal position of bunch n in the ring Pn = Ln / C, Smn = k + Pm - Pn Nb particle number in a bunch Phase equation where expand 𝜏 𝑛 + 𝜔 𝑠 2 𝜏 𝑛 =− 𝑒𝛼 𝐸 0 𝑇 𝑉 𝑛 𝑉 𝑛 =𝑒 𝑘=0 ∞ 𝑚=1 𝑁 𝑁 𝑏 𝑊 ∥ ( 𝑆 𝑚𝑛 𝐶+ 𝜏 𝑚 (𝑡− 𝑆 𝑚𝑛 𝑇)𝑐− 𝜏 𝑛 (𝑡)𝑐) 𝑉 𝑛 =𝑒 𝑘=0 ∞ 𝑚=1 𝑁 𝑁 𝑏 [𝑊 ∥ ( 𝑆 𝑚𝑛 𝐶)+ 𝑊 ∥ ′ ( 𝑆 𝑚𝑛 𝐶)(𝜏 𝑚 (𝑡− 𝑆 𝑚𝑛 𝑇)− 𝜏 𝑛 (𝑡))𝑐] change synchrotron phase change synchrotron tune bunch coupling, instability

相位和纵向工作点变化 ∆ 𝜙 𝑛 = 𝑒 2 𝛼ℎ 𝜔 0 𝐸 0 𝑇 2 𝜔 𝑠 2 𝑓 𝑛 = 𝑒 𝑇 𝑉 𝑐0 sin 𝜙 0 𝑓 𝑛 Phase variation ∆ 𝜔 𝑛 2 =𝑖 𝑒 2 𝛼 𝐸 0 𝑇 2 𝑔 𝑛 Tune variation where 𝑓 𝑛 =𝑇 𝑘=0 ∞ 𝑚=1 𝑁 𝑁 𝑏 𝑊 ∥ 𝑆 𝑚𝑛 𝐶 = 𝑚=1 𝑁 𝑝 𝑁 𝑚 𝑍 ∥ 𝑝 𝜔 0 exp⁡(𝑖2𝜋𝑝 𝑃 𝑚 − 𝑃 𝑛 ) 𝑔 𝑛 =𝑇𝑐 𝑘=0 ∞ 𝑚=1 𝑁 𝑁 𝑏 𝑊 ∥ ′ 𝑆 𝑚𝑛 𝐶 = 𝑚=1 𝑁 𝑝 𝑁 𝑚 𝑍 ∥ 𝑝 𝜔 0 𝑝 𝜔 0 exp⁡(𝑖2𝜋𝑝 𝑃 𝑚 − 𝑃 𝑛 )

基模引起的相移 For bunch n in a train Cavity impedance Real part of fn 𝑓 𝑛 = 𝑝 𝑁 𝑏 𝑍 ∥ 𝑝 𝜔 0 exp⁡(𝑖𝜋𝑝 𝑁+1−2𝑛 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝𝑁 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝 ℎ ) exp⁡(i𝜋𝑝 (𝑁+ 𝑁 𝑔 )( 𝑁 𝑡 −1) ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝(𝑁+ 𝑁 𝑔 ) 𝑁 𝑡 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝(𝑁+ 𝑁 𝑔 ) ℎ ) 𝑓 𝑛 = 𝑝 𝑁 𝑏 𝑁 𝑡 𝑍 ∥ 𝑝 𝑁 𝑡 𝜔 0 exp⁡(𝑖𝜋𝑝 𝑁 𝑡 𝑁+1−2𝑛 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝 𝑁 𝑡 𝑁 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝 𝑁 𝑡 ℎ ) = 𝑁 𝑏 𝑅 𝑠 𝑝=0 ∞ 𝑓 𝑛𝑝 𝑍 ∥ 𝜔 = 𝑅 𝑠 1+𝑖𝑄 𝜔 𝑟 𝜔 − 𝜔 𝜔 𝑟 𝑓 𝑛𝑝 ≈ 𝑁 𝑡 sin⁡(𝜋 𝑝 𝑁 𝑡 𝑁 ℎ ) sin⁡(𝜋 𝑝 𝑁 𝑡 ℎ ) 1 1+ tan 𝜓 2 cos 𝜋𝑝 𝑁 𝑡 𝑁+1−2𝑛 ℎ + tan 𝜓 sin 𝜋𝑝 𝑁 𝑡 𝑁+1−2𝑛 ℎ Only consider fundamental mode, main contribution of beam loading. p = h term very small, same for all the bunches. p = h ± 1 causes the beam loading deviation.

拍频腔相移补偿 For m = p – h Passive DF cavity will add the term Linear with bunch number n 𝑓 𝑛𝑝 ∝ sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 𝑁 ℎ sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 ℎ 1 𝑚 sin 𝑚𝜋 𝑁 𝑡 𝑁+1−2𝑛 ℎ ∝+ sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 𝑁 ℎ sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 ℎ 2𝜋𝑛 𝑁+ 𝑁 𝑔 𝑓 DF𝑛 ∝− 4 𝑁 𝑏 𝑅 𝑠DF 𝑁 𝑡 sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 𝑁 ℎ sin 𝜋 𝑚 𝑁 𝑡 ℎ 𝜋𝑛𝑚 𝑁+ 𝑁 𝑔 cos 𝜃 DF Compensate the beam loading phase variation of symmetry RF 𝜃 DF is the detuning angle of DF cavity with respect to the nominal RF freq. First order m = ±1 has linear compensation.

BEPCII上可能开展的三个关键验证实验 CEPC高频系统束流实验研究 BEPCII上可能开展的三个关键验证实验 束团串相移补偿实验 利用BEPCII进行CEPC主环束团串运行模式的瞬态束流负载实验研究(对撞 或同步模式),并进行拍频腔补偿实验(同步模式),验证解析计算和粒子 跟踪模拟结果,研究束流动力学效应及低电平控制方法。 超导腔ramp实验 利用BEPCII进行CEPC增强器升能过程的超导腔腔压或相位ramp实验,研 究超导腔大范围ramp的低电平控制方法和束流不稳定性。 高阶模抑制实验 650 MHz超导加速组元样机安装在BEPCII储存环中,或由储存环引出束流, 研究高阶模耦合器性能和动态热负荷。

BEPCII上的束团串相移补偿实验 选择合适的束流和高频参数,模拟CEPC束团串相移 束流能量、束团电荷(最大40 nC)、Fill Pattern(如连续填充400个 bucket的5 % ,即20个束团,间隔 2 ns)、腔压(每腔最高1.7 MV)、 输入功率(最高140 kW)等。 同步模式下,一个500 MHz超导腔作为主加速腔,另一个作 为差频腔 发射机带宽和超导腔调谐范围可进行一个束团串的一阶拍频补偿实验(回 旋频率 1.24 MHz)。

与KEK合作进行束流负载程序模拟 Use T. Kobayashi’s code for KEKB and SuperKEKB