紧凑型强流非拦截式残余气体电离IPM剖面探针研制

As a significant parameter of beam diagnostics, the profile monitoring plays an important role in the beam transverse match and machine parameters optimization，as well as the space charge effect and cooling mechanism research. This project plans to build a compact non-intercepting residual gas Ionization Profile Monitor with capability of one IPM detecting the beam sections of both horizontal and vertical directions. Besides, this IPM is designed and operated with electron collecting and anode-electronics acquiring mode, which possesses the properties of fast time resolution and efficient suppression on the space charge effect of intense beams. This detector especially meets the profile monitoring needs of intense accelerator facilities. Based on the applicant's successful developing experience of an IPM with ion collecting and optics acquiring mode, surely this project will go smoothly.

束流剖面测量作为加速器束流诊断系统的一个重要组成部分，对机器运行中的束流横向匹配、机器参数优化、空间电荷效应及横向冷却研究等至关重要。本课题将研制一种紧凑型强流非拦截式残余气体电离IPM剖面探针，开发基于电子收集—阳极获取的结构模式，拥有快时间响应特性、有效抑制强流束空间电荷效应、以及单套IPM具备束流横向水平与垂直二维剖面测量功能，以满足国内质子及重离子加速器实时剖面监测的迫切需求，并为未来强流加速器装置的非拦截式剖面诊断积累工程经验。本项目以申请人博士课题研制的离子收集—光学获取式IPM探针为背景，并从中积累了大量调研基础、实验数据与工程经验，为项目顺利实现奠定了坚实基础。

未来强流加速器是开展高能物理基础研究和提升清洁核能利用率的重要科学装置，束流诊断系统属于强流加速器中非常重要的子系统之一，束诊参数中的剖面测量又对束流横向匹配、机器参数优化和横向冷却研究等至关重要。. 本课题的研究内容是，研制一种紧凑型强流非拦截式残余气体电离IPM剖面探针，开发基于电子收集—阳极获取的结构和模式，拥有快时间响应特性、利用校正磁场来有效抑制强流束空间电荷效应影响、以及单套IPM具备束流横向水平与垂直二维剖面测量功能，以满足国内质子及重离子加速器实时剖面监测的迫切需求，并为未来强流加速器装置的非拦截式剖面诊断积累工程经验。. 本课题的重要结果是，成功研制了紧凑型双向IPM剖面探针、设计并加工完成了300 Gs的水平与垂直双向校正磁铁、以及自研设计了1MHz采样率的64通道电子学获取系统，完成了本课题相关的全部研发任务。束流在线测试实验中，通过与一套水平丝扫器的剖面测量对比，本探针显示了较高的测量准确性和信噪比。.本课题的关键数据体现在，所研发IPM剖面探针实现了剖面测量最快1μs的响应速度，空间分辨率达到1.5 mm，利用设计完成的300 Gs可调双向校正磁铁，结合束流实验充分验证了校正磁场对信号电子具备高效的螺旋收集效果。.本课题基于兰州重离子加速器的重要平台，研发实现了一种适用于强流加速器的紧凑型双向IPM剖面探针系统，该探针具备极快的时间响应和较高的空间分辨性能，其非拦截式诊断方式可以从容应对强流束条件，并具备紧凑型的结构特点，使得单套探针即可进行水平与垂直双向剖面监测功能，可以减少加速器束诊设备的纵向空间，大幅提升了加速器束诊系统的紧凑性和经济性。