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        BEPCII純度測(cè)量系統(tǒng)

        2015-12-02 11:39:32岳軍會(huì)曹建社
        核技術(shù) 2015年5期
        關(guān)鍵詞:板型單光子光子

        何 俊 岳軍會(huì) 曹建社 陶 冶

        1(中國科學(xué)院高能物理研究所 加速器中心 北京100049)

        2(中國科學(xué)院高能物理研究所 北京同步輻射中心 北京 100049)

        BEPCII純度測(cè)量系統(tǒng)

        何 俊1岳軍會(huì)1曹建社1陶 冶2

        1(中國科學(xué)院高能物理研究所 加速器中心 北京100049)

        2(中國科學(xué)院高能物理研究所 北京同步輻射中心 北京 100049)

        在北京同步輻射裝置光束線上,建立了一套基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)原理的純度測(cè)量系統(tǒng)。該套系統(tǒng)能監(jiān)視電子儲(chǔ)存環(huán)中的束團(tuán)純度情況,能用于控制注入模式來滿足時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)的需求。它能在幾十秒到幾分鐘內(nèi)得到電子束團(tuán)沿全環(huán)分布,精度比束團(tuán)流強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)高3個(gè)量級(jí)。測(cè)量結(jié)果表明,束團(tuán)的純度在注入后緩慢變差,在幾個(gè)小時(shí)后將達(dá)到平衡,維持在10?4左右。系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力受探測(cè)器、定時(shí)信號(hào)等因素的影響,對(duì)真實(shí)長度約為60 ps的束團(tuán)響應(yīng)為120 ps。

        同步輻射,單光子,儲(chǔ)存環(huán),束團(tuán)純度

        同步輻射技術(shù)正在由樣品穩(wěn)態(tài)分析到動(dòng)態(tài)信息提取的方向發(fā)展,動(dòng)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、中間過程對(duì)理解各種化學(xué)變化機(jī)制將起著決定性的作用。時(shí)間分辨束線要求光源能提供具有特殊時(shí)間結(jié)構(gòu)的同步光,最常見的需求模式是混雜(Hybrid)模式,需要在滿足大多數(shù)用戶的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)提供特殊束團(tuán)[1?2],即在環(huán)中有一個(gè)流強(qiáng)相對(duì)較大的束團(tuán)。這種由很多流強(qiáng)正常的束團(tuán)串加上一個(gè)或者幾個(gè)特殊束團(tuán)的模式就是混雜模式。一般在特殊束團(tuán)的前后都有較大的空隙(Gap),而在其周圍的高頻俘獲區(qū)(Bucket)中希望沒有電子。實(shí)際運(yùn)行過程中由于束內(nèi)散射的作用,在其相鄰的高頻俘獲區(qū)中會(huì)有少量電子,一般稱這些束團(tuán)為微束團(tuán),微束團(tuán)與主束團(tuán)的比值稱為純度。世界大部分先進(jìn)光源都建立過相應(yīng)的純度測(cè)量[3?5]與純度提高系統(tǒng)[6?7]。

        時(shí)間分辨束線采用的探測(cè)方案一般稱作泵浦-探測(cè)(Pump-Probe),用激光激發(fā)(Pump)樣品之后,用X射線探測(cè)(Probe)樣品,根據(jù)有無激光時(shí)的譜學(xué)差異得出樣品在激光作用之下的結(jié)構(gòu)變化信息。用于探測(cè)的X射線需要在時(shí)間空間上和激光同步,激發(fā)樣品的激光的脈寬為皮秒量級(jí)。實(shí)驗(yàn)研究的是樣品被激發(fā)后,時(shí)間尺度在幾百皮秒到幾十納秒內(nèi)的變化過程,一方面希望X射線的脈寬比較窄,另一方面希望在探測(cè)時(shí)間窗口(例如50 ns)范圍內(nèi),除了主束團(tuán)的同步光之外,不希望有其他的干擾信號(hào)。一般希望微束團(tuán)流強(qiáng)為主束團(tuán)的10?5,甚至更小[8]。為滿足未來高能光源超快時(shí)間分辨束線需要,了解BEPCII束團(tuán)純度情況并掌握提高純度的能力,有必要建立純度測(cè)量系統(tǒng),基于不同流強(qiáng)束團(tuán)工作點(diǎn)不同原理的束團(tuán)提純系統(tǒng)是研究的下一步目標(biāo)。

        雖然有很多方法能監(jiān)控儲(chǔ)存環(huán)中電子束團(tuán)分布情況,比如基于束流位置探測(cè)器(Beam Position Monitor, BPM)四電極感應(yīng)信號(hào)之和反應(yīng)了束團(tuán)流強(qiáng)原理的束團(tuán)流強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Bunch Current Monitor, BCM),其精度僅在毫安量級(jí),同時(shí)其受定時(shí)采樣影響較大,有時(shí)會(huì)發(fā)生束團(tuán)錯(cuò)位、移位的情況?;诠庾犹綔y(cè)原理的純度測(cè)量系統(tǒng)既可探測(cè)流強(qiáng)在微安量級(jí)的束團(tuán),也可同束團(tuán)流強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)互相印證。BEPCII無論是在對(duì)撞模式還是同步輻射專用模式下,儲(chǔ)存環(huán)中均有較多的高頻俘獲區(qū)并未填充,而且大多數(shù)運(yùn)行模式的束團(tuán)串之間均有較大空隙,一般在幾十到百納秒之間,這給混雜模式實(shí)驗(yàn)提供了方便,可以在正常運(yùn)行下進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。本文介紹了國內(nèi)第一套以時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)方法為基礎(chǔ)的束團(tuán)純度測(cè)量系統(tǒng),以及儲(chǔ)存環(huán)純度變化的特性。

        1 實(shí)驗(yàn)原理和方法

        時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)法(Time-correlated Single Photon Counting, TCSPC)是一種測(cè)量時(shí)間間隔的單光子探測(cè)方法。它有兩個(gè)特點(diǎn):一是讓進(jìn)入光子探測(cè)器的光強(qiáng)較弱,使得探測(cè)器能輸出一個(gè)一個(gè)的光子脈沖,使得光子探測(cè)器工作在計(jì)數(shù)模式;二是測(cè)量光子達(dá)到探測(cè)器與另一個(gè)信號(hào)(此處是束團(tuán)回旋頻率的觸發(fā)信號(hào))之間的時(shí)間間隔。

        整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,本實(shí)驗(yàn)使用的光子探測(cè)器包括:光電倍增管(H7422P-40,濱松公司)、微通道板型光電倍增管GDB-618(中國電子科技集團(tuán)公司第55研究所研制)、雪崩二極管(中國科學(xué)院高能物理研究所陶冶課題組研制)。其中利用光電倍增管和微通道板型光電倍增管實(shí)驗(yàn)時(shí)是用由偏轉(zhuǎn)鐵引出的波長為500 ns的可見光,用雪崩二極管實(shí)驗(yàn)時(shí)是用由扭擺器上8 keV的X射線。將同步輻射光引入光子探測(cè)器之后,光子脈沖信號(hào)接入前置放大器(濱松公司C5594-44,帶寬為50 kH?1.5 GHz,放大增益為36 dB)。為精確確定單光子脈沖到達(dá)時(shí)間,采用恒比甄別方法(Constant Fraction Discrimination, Ortec935),盡可能地減小脈沖高度引起時(shí)間抖動(dòng)。恒比甄別器的輸出信號(hào)啟動(dòng)時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器(Time-to-Amplitude Converter, Ortec567)開始工作。EVG-EVR (Event Generator-Event Receiver)儲(chǔ)存環(huán)事件定時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)送入數(shù)字延時(shí)發(fā)生器(Digital Delay Generator, DG645)做觸發(fā),延時(shí)器的輸出信號(hào)送入時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器做停止信號(hào),其頻率為1.24 MHz(對(duì)撞模式1.26MHz)。時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)幅度正比于開始與停止信號(hào)間隔,該信號(hào)被送入多道分析器(Multi-Channel Analyzer, MCA)分析,最終在電腦上顯示出光子的時(shí)間分布。實(shí)驗(yàn)中控制光子的傳輸效率,使得進(jìn)入探測(cè)器的光子數(shù)較少,典型的計(jì)數(shù)率為1000 s?1量級(jí),即大約經(jīng)過1 ms、1000圈才會(huì)有一個(gè)光子計(jì)數(shù)。經(jīng)過幾秒或幾分鐘的時(shí)間累計(jì)得到了光子幾率分布P(t)曲線,每個(gè)電子發(fā)射光子的幾率相等,光子隨時(shí)間分布反應(yīng)了儲(chǔ)存環(huán)中束團(tuán)的分布N(t)。

        圖1 時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Schematic diagram of bunch purity measurement system.

        三種光子探測(cè)器的特點(diǎn)各有不同,其中光電倍增管和微通道板型光電倍增管探測(cè)器主要是探測(cè)可見光,而雪崩二極管探測(cè)器則是探測(cè)能量較高的X-ray。微通道板型光電倍增管與光電倍增管的主要區(qū)別是微通道板型光電倍增管響應(yīng)更快,這對(duì)于探測(cè)間隔為2 ns的束團(tuán)串或是探測(cè)束團(tuán)長度至關(guān)重要。雪崩二極管探測(cè)器具有對(duì)可見光不敏感、噪音低等特點(diǎn),但是目前尚無成熟的商業(yè)化產(chǎn)品。三種探測(cè)器的單光子響應(yīng)如圖2(a)所示,其中PMT 350M和PMT 1.5G表示光電倍增管探測(cè)器后面接上帶寬分別為350 M和1.5 G高速放大器,圖2(a)中除了MCP-PMT 20G是采樣率為20 G、帶寬為4 G的示波器的測(cè)量結(jié)果之外,其他結(jié)果均使用的是采樣率為3.5 G、帶寬為500 M的示波器。微通道板型光電倍增管因?yàn)閷?duì)光電子的倍增系數(shù)相對(duì)較小,信號(hào)幅度小于光電倍增管和雪崩二極管探測(cè)器。雪崩二極管的信號(hào)寬度遠(yuǎn)大于另兩種探測(cè)器,不能用一個(gè)單峰來擬合。除雪崩二極管之外的其他4種信號(hào)的半高全寬(Full Width at Half Maximum, FWHM)分別為2.15 ns、1.89 ns、1.18 ns和0.628 ns,其中光電倍增管和微通道板型光電倍增管探測(cè)器的最好結(jié)果分別為1.89 ns和0.628 ns。雪崩二極管探測(cè)器信號(hào)的下降沿約為3 ns,全寬約為20 ns。從圖2(a)中可以看出,微通道板型光電倍增管的光子脈沖寬度要小得多,正是其快速響應(yīng)能力為測(cè)量束團(tuán)長度提供了可能,本實(shí)驗(yàn)中使用微通道板型光電倍增管探測(cè)器的目的也是想探索使用此種方法探測(cè)束團(tuán)長度的可能。

        圖2 不同探測(cè)器的光子響應(yīng)曲線(a)和三種不同探測(cè)器測(cè)量的束團(tuán)純度(b)Fig.2 Single photon response signal of different detectors (a) and purity measurement results of different detectors (b).

        圖2 (b)是三種不同探測(cè)器得到的束團(tuán)純度測(cè)量結(jié)果,從上到下分別是光電倍增管、雪崩二極管和微通道板型光電倍增管探測(cè)器。從圖2(b)中可以看到,雪崩二極管探測(cè)器因?yàn)閷?duì)雜散光不敏感,所以本底信號(hào)比較低,但是其束團(tuán)響應(yīng)最寬,這也跟其單光子的響應(yīng)最寬有關(guān)。光電倍增管結(jié)果的峰位間隔不等的原因是當(dāng)時(shí)特殊的注入模式,束團(tuán)串內(nèi)部的束團(tuán)間隔有4 ns也有8 ns。微通道板型光電倍增管的束團(tuán)響應(yīng)寬度最小,但是其信號(hào)較復(fù)雜,主峰之后還有若干伴峰。

        2 結(jié)果和討論

        圖3(a)是對(duì)撞模式下測(cè)量的純度測(cè)量結(jié)果,該模式下一共有三串束團(tuán),束團(tuán)數(shù)分別為25、27、28,束團(tuán)串內(nèi)每個(gè)束團(tuán)相隔8 ns,束團(tuán)串之間相隔分別為56 ns和48 ns。圖3(a)從上到下分別是:(1) 正常運(yùn)行;(2) 在第三串束團(tuán)后面相鄰的兩個(gè)bucket中注入兩個(gè)小束團(tuán);(3) 在(2)的情況下,8 h后的束團(tuán)純度測(cè)量結(jié)果。在8 h內(nèi),其他束團(tuán)按照對(duì)撞要求補(bǔ)注,而兩個(gè)小束團(tuán)則一直沒有補(bǔ)注。BEPCII的注入系統(tǒng)的不能注入流強(qiáng)低于1 mA的束團(tuán),兩個(gè)小束團(tuán)的標(biāo)稱流強(qiáng)為4 mA。從圖3(a)中可以看出,兩個(gè)小束團(tuán)的計(jì)數(shù)率隨著束團(tuán)的衰減逐漸變小。純度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置是用回旋頻率信號(hào)做時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器的停止信號(hào),多道上的時(shí)間軸是反向的,即時(shí)間上靠前的束團(tuán)道址數(shù)反而更大。當(dāng)不用DG645做延時(shí)器時(shí),需將多道的第一道與右邊800 ns的6553道連接在一起(時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器量程是1000ns,回旋周期是800 ns,多道總道數(shù)為8 192),即反應(yīng)了整個(gè)環(huán)上的束團(tuán)分布情況。利用DG645調(diào)節(jié)延時(shí)的效果如圖3(b)所示,經(jīng)過合適的延時(shí)調(diào)節(jié)后,第一號(hào)束團(tuán)顯示在第6 553道,第二號(hào)束團(tuán)顯示在它的左邊。從圖3(b)中可看出,當(dāng)時(shí)環(huán)中有4個(gè)束團(tuán)串加兩個(gè)單獨(dú)束團(tuán),分別在第二串和第四串之后,而未經(jīng)過延時(shí)調(diào)節(jié)的結(jié)果如圖3(a)中所示,第二串束團(tuán)被分成了兩部分,一部分在多道最左邊,一部分在右邊。

        表1是束團(tuán)串和孤立束團(tuán)的純度變化情況。其中束團(tuán)串純度是指正常運(yùn)行的束團(tuán)串中的束團(tuán)純度,孤立束團(tuán)純度則為與束團(tuán)串之間有較大空隙處單獨(dú)運(yùn)行的束團(tuán)純度值,該孤立的特殊束團(tuán)是運(yùn)行值班人員應(yīng)純度測(cè)試要求另加的束團(tuán)。比如圖2(b)中的雪崩二極管測(cè)試結(jié)果在第二串后面另加了一個(gè)束團(tuán),圖3(a)中是在第三串束團(tuán)后面另加了兩個(gè)束團(tuán),而圖3(b)是在第二串和第四串束團(tuán)后面各加了一個(gè)束團(tuán)。表1所列舉的束團(tuán)串純度是束團(tuán)串中的主峰計(jì)數(shù)與主峰道址對(duì)應(yīng)時(shí)間加上2 ns的道址上計(jì)數(shù)的比值的倒數(shù),比如束團(tuán)串中一個(gè)主峰在第100道,而每道對(duì)應(yīng)時(shí)間為時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器量程除以多道總道數(shù)1 000 ns/8 192道=0.122 ns/道,所以純度為第100?2/0.122=84道上的計(jì)數(shù)與第100道上計(jì)數(shù)的比值。實(shí)際計(jì)算時(shí)還做了多個(gè)主峰的平均。孤立束團(tuán)的純度計(jì)算方法與束團(tuán)串計(jì)算方法相同,只是沒有經(jīng)過多個(gè)束團(tuán)的平均。開機(jī)第一次注入24 h后,孤立束團(tuán)和束團(tuán)串純度分別有由1.1×10?4和1.6×10?4下降到5.8×10?4和7.9×10?4,之后束團(tuán)純度的變化不大,此實(shí)驗(yàn)中孤立束團(tuán)在24 h內(nèi)是和其他束團(tuán)一樣補(bǔ)注。

        圖3 BEPCII純度測(cè)量結(jié)果(a)和DG645延時(shí)調(diào)節(jié)效果示意圖(b)Fig.3 Purity results of BEPCII (a) and the effect of delay time adjustment (b).

        表1 束團(tuán)純度隨時(shí)間變化情況Table 1 Purity change after injection.

        相對(duì)于普通光電倍增管探測(cè)器,微通道板型光電倍增管的光子響應(yīng)要窄得多,但其信號(hào)也復(fù)雜得多,從圖2(b)中也可以看出在主束團(tuán)信號(hào)之外,有較多小伴峰。圖4是在專門申請(qǐng)的機(jī)器研究時(shí)間和設(shè)計(jì)的特殊模式下純度測(cè)量結(jié)果,其中Before、In和After分別指將單束團(tuán)流強(qiáng)由5 mA補(bǔ)注至10 mA之前、正在補(bǔ)注時(shí)和補(bǔ)注之后的測(cè)量結(jié)果。其中,因?yàn)樽⑷脒^程時(shí)間較短,所以注入中的計(jì)數(shù)也相對(duì)較低。從圖4中也可以看出,在注入前后,束團(tuán)純度沒有發(fā)生明顯變化。此模式共有1+2+3+6=12個(gè)束團(tuán),束團(tuán)串間隔在百納秒量級(jí),而束團(tuán)串內(nèi)部束團(tuán)之間的間隔為2 ns,其中6個(gè)束團(tuán)的束團(tuán)串的詳情如圖4(b)所示。從圖4(b)中可以看出,一個(gè)束團(tuán)包括兩個(gè)伴峰,分別在4 ns和26 ns處。包括示波器、束團(tuán)流強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等多種方式都排除了4 ns和26 ns處存在真實(shí)束團(tuán)的可能,它們僅是主束團(tuán)信號(hào)的引起虛假信號(hào),其他兩種探測(cè)器也沒有在相應(yīng)位置探測(cè)到真實(shí)束流。正是這種虛假的計(jì)數(shù)導(dǎo)致了孤立束團(tuán)的純度優(yōu)于束團(tuán)串的純度,因?yàn)槭鴪F(tuán)串中的各個(gè)束團(tuán)的伴峰使主束團(tuán)后的第一個(gè)空束團(tuán)處(2ns之后處)計(jì)數(shù)偏高。

        圖4 注入前、注入中、注入后純度結(jié)果(a)和微通道板型光電倍增管的信號(hào)細(xì)節(jié)(b)Fig.4 Purity results before, in and after injection (a) and the details of MCP-PMT signals (b).

        伴峰產(chǎn)生的過程可能如下:微通道板型光電倍增管中的電子倍增時(shí),微通道板中存在少量的氣體分子,當(dāng)氣體分子電離后往相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí),將又會(huì)產(chǎn)生倍增電子,這些電子引起的脈沖在主脈沖之后較寬的時(shí)間范圍內(nèi),但是目前并沒有直接的證據(jù)。光電倍增管探測(cè)器也存在伴峰,其幅度為主峰計(jì)數(shù)的1%左右,其產(chǎn)生的原因也可能是離子反饋,光電倍增管的光電極發(fā)射的光子轟擊第一個(gè)打拿極D1,倍增的電子在電場(chǎng)作用下往第二個(gè)打拿極D2運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的少量離子則會(huì)往D1運(yùn)動(dòng),這些離子轟擊D1又產(chǎn)生電子,在主脈沖之后形成了后脈沖。為抑制微通道板型光電倍增管的虛假信號(hào),同時(shí)減小其對(duì)束團(tuán)純度測(cè)試的影響,采取了提高探測(cè)器工作電壓的方法。廠家提供說明中微通道板型光電倍增管的工作電壓為1 900 V。圖5(a)是光電倍增管探測(cè)器的伴峰,它在主峰之后2.8 ns處,而不是4 ns和26 ns。

        圖5 光電倍增管探測(cè)器的伴峰(a)和不同工作電壓下微通道板型光電倍增管的伴峰(b)Fig.5 Satellite peak of PMT (a) and satellite peak of MCP-PMT(b).

        圖5 (b)顯示了微通道板型光電倍增管的工作電壓分別為1 950 V、2 000 V、2 050 V時(shí)的純度測(cè)量結(jié)果,在三者主峰計(jì)數(shù)接近的情況下,并在電壓高于2 000 V時(shí),伴峰計(jì)數(shù)明顯抑制,但是并沒有完全消除??紤]到微通道板型光電倍增管探測(cè)器響應(yīng)較快,用其信號(hào)的主峰做單峰擬合,對(duì)真實(shí)長度為60 ps左右的束團(tuán)響應(yīng)為120 ps左右,尚需要進(jìn)一步減小定時(shí)抖動(dòng)與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件才有可能達(dá)到利用此套系統(tǒng)測(cè)量束團(tuán)長度的效果。

        3 結(jié)語

        利用時(shí)間相關(guān)單光子技術(shù)搭建了純度測(cè)量系統(tǒng),應(yīng)用在BEPCII電子儲(chǔ)存環(huán)上進(jìn)行了純度測(cè)試。比較了包括光電倍增管、微通道板型光電倍增管、雪崩二極管在內(nèi)的三種不同的探測(cè)器的性能,被寄希望于測(cè)量束團(tuán)長度的微通道板型光電倍增管探測(cè)器因?yàn)樾盘?hào)較復(fù)雜而尚需進(jìn)一步研究。同時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力也需要進(jìn)一步提高,對(duì)于真實(shí)長度為

        60 ps左右的束團(tuán)響應(yīng)為120 ps左右。純度測(cè)試結(jié)果顯示儲(chǔ)存環(huán)的純度在注入后逐漸變差,在若干個(gè)小時(shí)之后逐漸達(dá)到平衡,由注入后的10?5變?yōu)?0?4左右,為后續(xù)系統(tǒng)建立打下了基礎(chǔ)。

        1 Anne M M, Andrew S, Gilles D, et al. Development of high-repetition-rate laser pump X-ray probe methodologies for synchrotron facilities[J]. Review of Scientific Instruments, 2011, 82(7): 07311001

        2 Frederico A L, Christopher J M, Dimali C A, et al. A high-repetition rate scheme for synchrotron-based picosecond laser pump/X-ray probe experiments on chemical and biological systems in solution[J]. Review of Scientific Instruments, 2011, 82(6): 06311101

        3 Thomas C A, Rehma G, Owen H L, et al. Bunch purity measurement for diamond[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2006, 566(2): 762?766

        4 Shunji K. Bunch purity measurements of synchrotron X-ray beams with an avalanche photodiode detector[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1994, 351(2): 554?558

        5 Obina T, Kasuga T, Tobiyarna M, et al. Measurement of the longitudinal bunch structure in the Photon Factory positron storage ring with a photon counting method[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1995, 354(2): 204?214

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        8 Sun S S, Xu G L, Tao Y, et al. Fluorescence lifetime measurement from a designated single-bunch in the BEPCII colliding mode[J]. Chinese Physics C, 2011, 35(10): 969?973

        CLC TL506

        Bunch purity measurement system for BEPCII

        HE Jun1YUE Junhui1CAO Jianshe1TAO Ye2

        1(Accelerator Center, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
        2(Beijing Synchrotron Radiation Facility, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

        Background: Measurement of the fill pattern of synchrotron storage rings is important for several reasons, including checking the quality of the injection system and the generation of special fill patterns for time-resolved experiments. User experiments on these synchrotron radiation sources typically require the pattern to be as exact as possible, with ideally no electrons in unwanted bucket/bunch positions: a typical ratio of 10?5:1 between unwanted/wanted populations is desired. This ratio is often referred as the bunch purity. Purpose: In order to establish a bunch cleaning system, a bunch purity of storage ring has to be set up. Methods: For the time-resolved facility based on the electron storage ring, it is planned to measure the beam quality in a short time of several minutes by using a time-correlated single photon counting method. Results: The purity measurement results show that a purity of 10?5for BEPCII declines to 10?4in dozens of hours after injection. Conclusion: A bunch purity measurement system has been set up in BEPCII storage ring using synchrotron light, which can give the bunch purity in tens of seconds. The bunch purity measurement results show the purity of BEPCII is better than 10?4.

        Synchrotron radiation, Single photon, Storage ring, Bunch purity

        TL506

        10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.050103

        No.11305186)、高能物理研究所謝家麟基金(No.Y454622)資助

        何俊,男,1983年出生,2011年于武漢大學(xué)獲博士學(xué)位,專業(yè)為粒子物理與原子核物理,E-mail: hejun@ihep.ac.cn

        2014-11-24,

        2015-02-05

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