BEPCII升級的物理方案設(shè)計PPT課件

1、BEPCII升級的物理方案設(shè)計升級的物理方案設(shè)計耿會平耿會平 for BII upgrade AP study group2021.4.25 BEPCII升級暨升級暨BESIII物理聯(lián)合研討會物理聯(lián)合研討會報報告內(nèi)容告內(nèi)容 簡介簡介 束流動力學(xué)設(shè)計束流動力學(xué)設(shè)計2.35GeV 關(guān)于關(guān)于2.8GeV高能量運行高能量運行 小結(jié)小結(jié)簡介簡介BEPCIIBEPC3高頻腔壓 MV1.63.3同步輻射功率 kW110250束流流強 mA3989003.5111.0/0.0151.0/0.013束團流強7.1 mA7.5 mA束團數(shù)561200.0290.036發(fā)射度 nmrad147152耦合度 %0.5

2、30.350.0270.04Bucket Height0.00690.0111.541.041.691.3BEPCII升級到BEPC3，實現(xiàn)了3倍以上亮度的提升（2.35GeV），主要是通過提高高頻腔壓和增大束流功率實現(xiàn)的為了實現(xiàn)以上亮度的提升需要把BEPCII單環(huán)單腔的布局升級為單環(huán)雙腔的結(jié)構(gòu)BEPCII的硬件布局比較緊湊，需要在盡量不改變BEPCII幾何布局的條件下尋找增加高頻腔的空間BEPCII高頻區(qū)高頻區(qū)BEPC3高頻區(qū)高頻區(qū) 改造高頻區(qū)，把原來的Q鐵全部替換為新的小尺寸Q鐵，并分別移動到高頻區(qū)兩側(cè) 拆除縱向反饋kicker、準(zhǔn)直器及真空泵口 盡量壓縮硬件安裝所占縱向空間 除了高頻區(qū)，

3、BEPC3元件布局與BEPCII保持一致同同步輻射功步輻射功率沉積率沉積2.35GeV BEPCII超導(dǎo)腔距離弱B磁鐵1.4m，受到的輻射功率（1.89GeV，910mA）為79.4W，通過在超導(dǎo)腔入口安裝同步光擋塊把輻射功率降低至65.4W BEPC3超導(dǎo)腔距離弱B磁鐵1.9m，（2.35GeV，900mA時）上游腔受到的輻射功率為175.4W，下游腔受到的輻射功率為49.9W 可以設(shè)計擋塊，減少同步光功率在腔體上的沉積 束流能量提高時，若保持全環(huán)同步輻射功率不變，則高頻腔上沉積的功率也保持不變BEPC3超導(dǎo)腔布局圖BEPC2超導(dǎo)腔布局圖束流動力學(xué)設(shè)計束流動力學(xué)設(shè)計2.35GeV線性線性la

4、ttice設(shè)計：設(shè)計： 保證高頻腔位置處包絡(luò)不大于15m （高頻腔的要求） 保證注入?yún)^(qū)的包絡(luò)和相移要求（注入的要求） 保證全環(huán)工作點在半整數(shù)附近（亮度的要求） 優(yōu)化束流發(fā)射度（亮度和物理孔徑的要求）物理孔徑要求：物理孔徑要求： BEPCII的物理孔徑上限是束流發(fā)射度到180nm BEPC32.35GeV的發(fā)射度為152nm，因此物理孔徑滿足要求注入孔徑要求：注入孔徑要求：注入時水平方向的束流清晰區(qū)定義： 4倍注入束尺寸+6倍循環(huán)束尺寸+切割板厚度（4mm），等效為14倍循環(huán)束尺寸垂直方向束流清晰區(qū)定義： 10倍循環(huán)束尺寸4s s注入束注入束6s s循環(huán)循環(huán)束束切割板切割板動力學(xué)孔徑優(yōu)化：動力學(xué)

5、孔徑優(yōu)化：在15e能散度范圍內(nèi)，滿足 動力學(xué)孔徑滿足注入尺寸要求 （注入效率和壽命的要求） 工作點靠近但不跨過半整數(shù)（高亮度和穩(wěn)定性要求） 對撞點b函數(shù)畸變在15 %范圍內(nèi)（亮度的要求） 六極鐵強度在磁測范圍內(nèi)（磁鐵強度的要求）本底暗電流研本底暗電流研究：究：關(guān)于關(guān)于2.8GeV高能量運行高能量運行l(wèi)attice線性線性scale到到2.8GeV，假設(shè)硬件設(shè)備假設(shè)硬件設(shè)備均可正常運行，均可正常運行，可以實現(xiàn)的亮可以實現(xiàn)的亮度：度：BEPCIIBEPC32.35GeVBEPC32.8GeV高頻腔壓 MV1.63.33.3同步輻射功率 kW110250250束流流強 mA3989004503.51

6、17.01.0/0.0151.0/0.0131.0/0.015束團流強mA7.1 7.5 17.0束團數(shù)56120260.0290.0360.058發(fā)射度 nmrad147152194耦合度 %0.530.350.50.0270.040.035Bucket Height0.00690.0110.0091.541.041.41.691.31.6物理孔徑要求：物理孔徑要求： BEPCII的物理孔徑上限是束流發(fā)射度到180nm BEPC32.35GeV的發(fā)射度為152nm，因此物理孔徑滿足要求 BEPC32.80GeV的發(fā)射度為194nm，已經(jīng)超出了BEPCII物理孔徑設(shè)計的上限，對束流壽命及本底的

7、影響需要進一步評估注入孔徑要求：注入孔徑要求：注入時水平方向的束流清晰區(qū)定義： 4倍注入束尺寸（2.8GeV時注入束發(fā)射度變?。?6倍循環(huán)束尺寸（ 2.8GeV時循環(huán)束發(fā)射度變大）+切割板厚度，等效為12倍循環(huán)束尺寸垂直方向束流清晰區(qū)定義： 10倍循環(huán)束尺寸動力學(xué)孔徑可以滿足要求4s s注入束注入束6s s循環(huán)循環(huán)束束切割板切割板內(nèi)環(huán)二極鐵樣機 內(nèi)環(huán)二極磁鐵強度超出磁測數(shù)據(jù)范圍（原最大磁測電流900A，2.2GeV） 對內(nèi)環(huán)二極磁鐵的樣鐵重新進行了測量，測量至1250A（2.8GeV） 測量結(jié)果顯示，通過提高勵磁電流，磁鐵可以滿足2.8GeV要求 勵磁電流和發(fā)熱功率變大，對電源和通用提出新的要

8、求內(nèi)環(huán)二極鐵樣機 全環(huán)四分之一的四極磁鐵超出最大磁測數(shù)據(jù)范圍 超限個數(shù)最多的四極磁鐵類型（105Q）原最大磁測電流162A，重新測量至200A（電源最大電流） 磁場已進入飽和區(qū)，且極頭場強大，無法通過加工新鐵進一步提高場強 討論后決定從物理設(shè)計上降低Q鐵強度至當(dāng)前磁測數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，會犧牲部分機器性能（預(yù)計發(fā)射度會有所增大）105Q樣機磁鐵的磁場測量n Q1A/B 勵磁曲線和溫升Q1A目標(biāo)工作電流1473.4A2.455GeV（1680.46A2.8GeV），磁測至1577A ，線圈溫升分析結(jié)果顯示1577.2A時，溫升為23.4，磁磁場及溫升能場及溫升能否滿足否滿足2.8GeV要要求需要重新進行

9、模擬及測量求需要重新進行模擬及測量Q1B目標(biāo)工作電流1056.4A2.455GeV （1204.86A2.8GeV）， 磁測至1262.78A，線圈溫升分析結(jié)果顯示1262.78A時，溫升為15.6，Q1B可以滿足可以滿足2.8GeV要求要求。磁測數(shù)據(jù)提供：邱靜 、李黎溫升分析數(shù)據(jù)提供：邱靜、陳沅n ISPB 勵磁曲線和溫升 ISPB目標(biāo)工作電流1337.3A2.455GeV （1525.23A2.8GeV），最大磁測電流1300A ISPB線圈溫升測試報告顯示，1326A時實際測量溫升為23.2，1520A時35.5攝氏度（陳沅） （1525.23A2.8GeV的與測試報告中的最大流強接近，

10、因此溫的與測試報告中的最大流強接近，因此溫升應(yīng)該也約為升應(yīng)該也約為35.5攝氏度攝氏度2.8GeV） ISPB強度能否滿足2.8GeV能量要求，需要進一步的評估 超導(dǎo)SCQ原最大磁測電流530A，失超電流580A，2.8GeV時所需勵磁電流625A，已經(jīng)超過了失超電流閾值，需要替換為新的SCQ 已經(jīng)把新SCQ的設(shè)計指標(biāo)發(fā)送給磁鐵組及相關(guān)人員，正在進行相關(guān)設(shè)計工作 為了防止新SCQ未能在2014年7月前完成加工，設(shè)計了使用現(xiàn)有SCQ運行在2.8GeV的備用方案530A2.8GeV備用方案設(shè)計：備用方案設(shè)計： SCQ降梯度運行，2.8GeV時勵磁電流降低為549A，為當(dāng)前SCQ正常運行過的最大電流

11、 束流發(fā)射度為200nm，與直接scale SCQ的lattice發(fā)射度相當(dāng) 動力學(xué)孔徑大小滿足束流注入的需求 by*增大為6cm，對撞亮度大幅度降低 對撞點交叉角變大，會進一步增大本底BEPCII2.35GeVBEPC32.35GeVBEPC32.8GeVB32.8GeV*高頻腔壓 MV1.63.33.33.3同步輻射功率 kW110250250250束流流強 mA3989004504423.5117.01.71.0/0.0151.0/0.0131.0/0.0151.0/0.060束團流強 mA7.1 7.5 17.07.4束團數(shù)5612026600.0290.0360.0430.04發(fā)射度

12、 nmrad147152194200耦合度 %0.530.350.50.50.0270.040.0350.036Bucket Height0.00690.0110.0090.00961.541.041.41.391.691.31.61.8半交叉角半交叉角 mrad11111113* BEPC3 backup lattice小結(jié) BEPCII升級的物理方案已完成設(shè)計，通過對高頻區(qū)進行局部改造，可實現(xiàn)單環(huán)雙腔布局，在優(yōu)化能量2.35GeV下預(yù)計可實現(xiàn)3倍以上亮度的提升，動力學(xué)孔徑滿足注入要求，磁鐵強度可滿足要求，本底研究正在推進針對高能量2.8GeV： 通過提高勵磁電流，內(nèi)環(huán)二極磁鐵可以滿足要求2.8GeV運行要求 部分四極磁鐵已經(jīng)進入飽和區(qū)，且極頭場強較大，無法通過通過提高勵磁電流或制造新鐵的方法提