Система синхронизация HITS

Введение

Система синхронизации HITS обеспечивает синхронизацию работы всех установок и систем комплекса, включая аппаратуру и программы системы управления. Система синхронизации вырабатывает синхроимпульсы, формируя последовательность работы всех систем в течение цикла работы бустера. На данный момент пока детально не рассмотрена синхронизация выпуска пучка из основного синхротрона.

1 Схема синхронизации

Базовым элементом, к которому «привязываются» все остальные элементы и системы комплекса является источник питания, точнее, поле главных магнитов бустера. Источник питания главных магнитов работает в непрерывном режиме с частотой 10 Гц, обеспечивая непрерывную стабильную работу магнитов в синусоидальном колебательном режиме. В цикле работы бустера есть два периода синхронизации: первый период соответствует процессу инжекции (injection), второй – процессу выпуска пучка из бустера (extraction) (см. рис.1). Эти два периода имеют характерное время порядка нескольких миллисекунд. Кроме того, внутри периода выпуска есть период перепуска из бустера в синхротрон с характерным временем порядка 1 мкс. Для синхронизации комплекса используется схема с каскадным соединением генераторов задержанных импульсов CGVI-8 [1] (см. рис.2), работающих в двух диапазонах по времени. Для привязки синхроимпульсов к фазам ВЧ (обращению частиц в бустере и синхротроне) используется специально разработанный блок привязки перепуска (Transfer Trigger Generator).

Рис. 1. Синхронизация периодов впуска и выпуска пучка
с полем главных магнитов бустера.

1.1 Синхронизация бустера

Для синхронизации бустера используется задающий генератор, собранный на двух последовательно соединенных генераторах задержанных импульсов CGVI-8 [1] (см. рис.2). Первый блок работает в диапазоне задержек до 6.5 мс, второй – в диапазоне до 105 мс. Второй CGVI-8 работает в режиме использования «регистра базы», в который задано значение 100 мс. Ожидаемая нестабильность периода задающего генератора лежит в пределах 0.2 мкс.

Импульс BST (Booster Synchro Trigger) с одного из выходов второго блока CGVI-8 (см. рис. 2) подается на систему синхронизации источника питания главного поля бустера. Система синхронизации бустера обеспечивает точную привязку (точность привязки должна составлять порядка 10 мкс) фазы переменной составляющей поля главных магнитов к импульсу синхронизации. В случае отклонения частоты колебаний поля от частоты следования синхроимпульсов делается коррекция фазы колебаний при помощи корректирующих цепей источника питания в момент времени после окончания ускорения пучка в бустере (см. рис.1). Фаза синхронизируется таким образом, что импульс BST совпадает с 180-м градусом переменной составляющей поля, что соответствует нулю шкалы времени в цикле работы бустера.

Рис. 2. Схема синхронизации HITS.

1.2 Синхронизация периодов инжекции в бустер и выпуска из бустера

Периоды инжекции и выпуска «привязываются» к циклу работы бустера при помощи задержанных импульсов из двух выходов второго блока CGVI-8 задающего генератора (см. рис. 2): BIT (Booster Injection Trigger) и BET (Booster Extraction Trigger). BIT следует с задержкой 24 мс относительно BST, а BET – 74 мс.

Таблица 1. Задержки в каналах блоков CGVI-8 задающего генератора.

Блок CGVI-8	Диапазон задержки	Канал блока	Задержка (мс)	Синхроимпульс
1	0	0	0
2	4	0	100	BST
2	4	1	24	BIT
2	4	2	74	BET

Импульс BIT запускает блок CGVI-8, работающий в диапазоне задержек до 6.5 мс, формирующий последовательность основных событий процесса инжекции пучка в бустер. Импульс BET поступает на вход блока привязки перепуска (Transfer trigger generator, см. рис. 2) и запускает процесс выпуска пучка из бустера. Блок привязки перепуска генерирует два выходных сигнала: “start1” запускает блок CGVI-8, работающий в диапазоне задержек до 6.5 мс, формирующий последовательность основных событий процесса выпуска пучка из бустера, и “start2”, запускающий процесс выбивания пучка из бустера и инжекции его в синхротрон. Для привязки к фазам ВЧ бустера и синхротрона на блок привязки перепуска подаются сигналы с ВЧ систем.

1.3 Синхронизация выпуска порций пучка из синхротрона

Выпуск из синхротрона пока детально не проработан. Для синхронизации выпуска из синхротрона используется отдельный тактовый генератор с управляемой частотой
(~ 1 кГц). Синхроимпульс генератора запускает генератор задержанных импульсов
CGVI-8, работающий в диапазоне задержек до 6.5 мс, формирующий сценарий выпуска и тактирующий ЦАПы управления устройствами, обеспечивающие накопление и выпуск порций пучка из синхротрона (кулер, бетатрон, киккер, сканеры, системы диагностики и пр.) Задача управления быстрыми выпускными процессами и процессами развертки выпущенного пучка с характерным периодом порядка 1 мс требует выбора решения по ЦАПам, управляющим соответствующими параметрами и элементами.

2 Период инжекции в бустер

Период инжекции в бустер включает подготовку и срабатывание устройств, аппаратуры и программ, обеспечивающих многооборотную инжекцию пучка в бустер. Период инжекции продолжается в течение двух миллисекунд. Середина промежутка инжекции соответствует минимуму переменной составляющей поля главных магнитов бустера (dB/dt=0).

Период инжекции формируется блоком CGVI-8, работающим в диапазоне задержек до 6.5 мс, который стартует от импульса BIT на 24 мс от начала цикла бустера. Во время периода инжекции поле главных магнитов бустера меняется сравнительно медленно. В районе минимума поля (на 25 мс) в течение 0.5 мс относительное изменение составляет всего 10-4.

Последовательность событий, задаваемая блоком, изображена на рис. 3.

Рис. 3. Синхроимпульсы периода инжекции в бустер.

На рисунке 3 изображен процесс, в котором инжекция пучка в бустер длится в течение 0.5 мс, и обозначены следующие выходные импульсы блока CGVI-8:

·  integrators start – старт интеграторов, измеряющих параметры импульсных систем, например, магнитов, формирующих искажение орбиты в течение инжекции;

·  bump magnets start – старт магнитов, формирующих искажение орбиты в течение инжекции;

·  ADCs start – старт АЦП с памятью для записи сигналов процесса инжекции;

·  ion sources start – старт пучка из ионных источников;

·  field measuring – запуск измерений поля главных магнитов датчиком Холла;

·  beam dyagnostics – запуск систем диагностики пучка;

·  integrators stop - стоп интеграторов;

·  interpolators start – старт ЦАПов-интерполяторов, управляющих различными вспомогательными магнитами бустера.

Данный блок выдает последовательность основных импульсов, каждый из которых может, в свою очередь, запустить свой блок CGVI-8.

3 Период выпуска из бустера

Выпуск из бустера (см. рис. 4) запускается импульсом BET (см. рис.1) на 74 мс цикла бустера и продолжается примерно 2 мс. Импульс BET поступает на один из входов блока привязки перепуска (Transfer trigger generator, см. рис. 2). На два других входа блока подаются сигналы с ВЧ систем бустера и синхротрона.

По появлению BET блок привязки обеспечивает перестройку частоты и фазы ВЧ бустера таким образом, что возникает периодическое совпадение фаз сигналов от обоих ВЧ: бустера и синхротрона. В момент первого совпадения блок привязки перепуска выдает импульс “start1”, который запускает блок CGVI-8 (см. рис. 2), работающий в диапазоне задержек до 6.5 мс и формирующий во времени процесс выпуска пучка из бустера.

После этого блок привязки перепуска отсчитывает фиксированное число совпадений, чтобы время соответствовало примерно 1 мс, и выдает во второй выход импульс “start2”, который запускает процесс перепуска пучка из бустера в синхротрон (см. п.4 и рис. 5).

Последовательность событий, задаваемая блоком CGVI-8, формирующим процесс выпуска, изображена на рис. 4.

Рис. 4. Синхроимпульсы периода выпуска из бустера.

На рисунке 4 обозначены следующие выходные импульсы блока CGVI-8:

·  integrators start – старт интеграторов, измеряющих параметры импульсных систем, например, септум-магнита бустера;

·  booster septum start – старт септум-магнита;

·  ADCs start – старт АЦП с памятью для записи сигналов процесса выпуска;

·  field measuring – запуск измерений поля главных магнитов датчиком Холла;

·  beam dyagnostics preparation– предварительный запуск систем диагностики пучка;

·  integrators stop - стоп интеграторов.

4 Перепуск из бустера в синхротрон

Процесс перепуска из бустера в синхротрон формируется во времени управляемыми линиями задержки с диапазоном регулировки несколько микросекунд и дискретностью
1 нс. На схеме (рис. 2) линии задержки условно изображены одним устройством. Линии задержки запускаются параллельно импульсом “start2” (см. п.3 и рис. 2).

Последовательность событий перепуска изображена на рис. 5. Обозначены следующие выходные импульсы линий задержки:

·  ADCs start – старт АЦП с памятью для записи сигналов процесса перепуска;

·  LEBT2 beam dyagnostics–запуск систем диагностики пучка в канале LEBT2;

·  booster kicker start – запуск выпускного киккера бустера;

·  MR kicker start – запуск впускного киккера синхротрона.

Рис. 5. Синхроимпульсы перепуска из бустера в синхротрон.

5 Измерение интервалов времени

Для проверки правильности относительного расположения импульсов синхронизации необходимо измерять следующие интервалы времени:

между BST и неким импульсом, поступающим из системы синхронизации источника питания главных магнитов бустера, соответствующим моменту привязки; это измерение покажет реальную сдвижку поля главных магнитов бустера относительно сетки синхроимпульсов; интервал измеряемого времени может составлять от 0 до 100 мс; требуемая точность измерения – 1 мкс; между BST и BIT; интервал времени может составлять примерно 24 мс; требуемая точность измерения – 1 мкс; между BST и BET; интервал времени может составлять примерно 74 мс; требуемая точность измерения – 1 мкс; между BET и start1; интервал времени может составлять 10 мкс; требуемая точность измерения – 0.1 мкс; между BET и start2; интервал времени может составлять более 1000 мкс; требуемая точность измерения – 0.1 мкс; между start2 и сигналом поля выпускного киккера бустера; интервал времени может составлять до 1000 нс; требуемая точность измерения – 1 нс; между start2 и сигналом поля впускного киккера синхротрона; интервал времени может составлять до 1000 нс; требуемая точность измерения – 1 нс.

Полная диаграмма основных синхроимпульсов системы синхронизации приведена
на рис. 6.

6 Ссылки

1. http://www. inp. /~kozak/designs/cgvi8r. pdf

Рис. 6. Синхроимпульсы системы синхронизации HITS.