Мишнев С. И.

ВЭПП-3.

Перехват пучка в ВЧ-72 МГц -- процедура и контроль

(инструкция к программе #PHWC).

Накопление пучка производится на энергии около 350 МэВ. При этом включена ВЧ на второй гармонике частоты обращения (8.06 МГц), с амплитудой напряжения на резонаторе 3¸5 КВ. Резонатор, работающий на 18-ой гармонике частоты обращения (72.54 МГц), выключен и механически расстроен вниз примерно на 15 полуполос. ("Полуполоса" резонатора - это изменение настройки от резонанса до состояния, при котором амплитуда напряжения составляет 70 % от максимальной, при постоянном уровне возбуждения. Для резонатора 72 МГц "полуполоса" равна 3.3 в единицах измерения элемента R72).

В начале ускорения пучка амплитуда напряжения на резонаторе 8 МГц увеличивается до 8 КВ, затем по мере ускорения до энергии 600 МэВ (что требует времени около 1 мин) она возрастает до 14 КВ. Одновременно настраивается резонатор 72 МГц таким образом, чтобы при достижении энергии 600 МэВ он оказался примерно на 1.5¸2 полуполосы ниже резонанса. Управление резонатором производится в режиме "по потенциометру", т.е. задается и проверяется положение механизма настройки резонатора.

Во время ускорения до 600 МэВ (при уставке промежуточной таблицы) происходит переключение фазировки ВЧ 8 МГц с управления от опорного импульса 4 МГц на управление по пучку (см. Приложение 1).

Переключение производится путем изменения уставки в элементе PHS8 (ЦАП-16-16) с -20 единиц до +40 единиц.

На энергии 600 МэВ ускорение приостанавливается, и начинается процедура перехвата пучка в ВЧ - 72 МГц (см. Приложение 2). Она происходит по-разному, в зависимости от величины тока пучка (сейчас принята граница тока 10 мА).

Если ток пучка больше 10 мА, работает схема включения модулятора ВЧ 72 МГц по наведенному пучком напряжению на резонаторе. Это нужно для того, чтобы включать резонатор всегда при одной и той же расстройке его относительно резонанса на 18-ой гармонике частоты обращения. Ориентироваться здесь на положение механизма настройки нельзя, т.к. положение его, соответствующее резонансу, неоднозначно и зависит от предыстории, например, от температуры. Дается следующая серия команд на систему управления ВЧ - системой:

1. Задается уровень ЦАПа, подающего на один из входов компаратора (см. Приложение 2) напряжение, пропорциональное току пучка. В базе данных BAS3.RFRF этот элемент называется FB72, коэффициент пропорциональности определен, как параметр этого элемента.

2. Дается команда на включение генератора ВЧ-72 МГц (замыкается соответствующий контакт реле в системе управления модулятором). Реально генератор не включается, т.к. этому препятствует состояние компаратора (лампочка на плате в модуляторе погашена).

3. Дается команда на механическую настройку резонатора заведомо выше резонанса (изменяется уставка элемента R72). Резонатор начинает настраиваться; при этом возрастает напряжение на нем, создаваемое циркулирующим пучком. Детектированный сигнал, пропорциональный напряжению на резонаторе, подается на второй вход компаратора. В момент, когда этот сигнал сравняется с уставкой ЦАПа, компаратор вырабатывает команду для включения генератора; одновременно включается режим "управления по фазе" (имеется в виду разность фаз между током фидера, питающего резонатор, и напряжением на резонаторе). В момент включения ток фидера возрастает до максимальной величины, заданной уставкой элемента J72; затем резонатор настраивается (под управлением модулятора) таким образом, чтобы напряжение на резонаторе и фаза приняли значения, определяемые уставками элементов U72 и P72. Ток фидера при этом уменьшится до уровня, необходимого для поддержания заданных напряжения и фазы.

При малом токе пучка на вход компаратора подается от ЦАПа отрицательное напряжение; в таком состоянии компаратор всегда разрешает включение генератора ВЧ-72 МГц. После этого подается команда на включение генератора; модулятор переходит в режим "управления по фазе" и настраивает резонатор таким образом, чтобы отработать заданные уставки напряжения и фазы.

После выполнения всех перечисленных процедур происходит дальнейшее ускорение пучка. При достижении энергии 1200 МэВ выключается генератор ВЧ-8 МГц.

Для проверки работы ВЧ - системы и поведения пучка во время процедуры перехвата написана программа #PHWC (текст TPHC). Программа работает в Одренке RFV3. При запуске с 20-ой ячейки программа становится в состояние ожидания команды на проведение измерений. Такая команда ("GO PHWC ") поступает от программы процесса ‘v3_proc’ в PC в момент, когда закончилась уставка таблицы "Е600". Программа #PHWC в цикле (100 раз) измеряет заданные параметры, запоминает их в массивах и вновь переходит в режим ожидания. Весь цикл измерений занимает около 23 сек. Перед началом измерений программа #PHWC делетует программу #SCAL, а по окончании измерений запускает ее снова. В каждом цикле запоминаются уставки элементов U72 (напряжение на резонаторе 72 МГц), J72 (ток фидера), P72 (фаза настройки резонатора 72 МГц), R72 (положение механизма настройки резонатора), FB72 (опорное напряжение на входе компаратора). Измеряются (через АЦП-20 в к/с 12) реальное состояние U72, J72, P72, R72. Для измерения тока пучка сигнал от БИТ (Литвинова) подается на то же АЦП. Измеряется (через то же АЦП-20) амплитуда фазовых колебаний (амплитуда сигнала с блока "Фазометр 72 МГц", р/с 14, 4 эт., фишка "выход О.С." сзади).

Результаты измерений записываются в файл PHCF.0001 (если он есть или его можно создать в ЗУ крейта с Одренком RFV3). Результаты двух предыдущих измерений запоминаются в файлах PHCF.0002 и PHCF.0003.

При запуске #PHWC c 21-ой ячейки программа выходит на командную строку, где можно выбрать: M - снова выйти в режим ожидания команды на проведение измерений; G - построить графики по сделанным измерениям. Для построения графиков можно выбрать одну из записей в файлах; если файлов нет, используются запомненные в массивах программы результаты последнего измерения.

Графики выводятся в окне второго монитора PC. По оси абсцисс - номер измерения; показано также время, за которое выполнены 100 измерений. По вертикали картинка распадается на 6 отдельных графиков (сверху вниз):

1. Заданное и измеренное напряжение на резонаторе 72 МГц: U72 (КВ).

2. Заданный и измеренный ток фидера: J72 (А).

3. Заданная и измеренная фаза резонатора 72 МГц: P72 (градусы).

4. Заданное и измеренное положение механизма настройки резонатора: R72.

5. Напряжения на входах компаратора: опорное напряжение, и величина, пропорциональная измеренному напряжению на резонаторе. Когда они сравниваются, выдается команда на включение ВЧ - генератора. Этот момент определяется по скачку измеренного тока фидера, ему соответствует вертикальная голубая линия на графике.

6. Ток пучка (мА) и сигнал с детектора фазовых колебаний, нормированный на ток пучка.

Масштабы графиков по оси ординат выбираются автоматически.

Приложениe 1 (Куркин Г.Я.).

Процедура фазировки ВЧ 72 МГц по пучку, перехвата частиц при включении резонатора 72 МГц

Рис. 1: Блок – схема фазирования ускоряющего напряжения 8 МГц. Схема собрана на отдельной плате ФВР кругового 8 МГц

Фазирование ускоряющего напряжения 8 МГц происходит в 2-х режимах. В режиме накопления тока пучка в ВЭПП-3 фаза ускоряющего напряжения 8 МГц жестко привязана к опорному напряжению задающего генератора ВЭПП- 3. Фазовый детектор синхронизатора 4-8 МГц (см. рис.1) измеряет разность фаз между опорными импульсами 4 МГц, поступающими от блока синхроимпульсов, и напряжением 8МГц от измерительной петли ускоряющего резонатора. Импульсы 4 МГц (импульсы нулевой сепаратрисы) играют роль опорного напряжения ВЭПП-3. Фаза напряжения резонатора 72 МГц также привязывается к этому напряжению.

Выходное напряжение синхронизатора 4-8 МГц (выход ФД) через интегратор на операционном усилителе (ОУ) А1 управляет круговым фазовращателем тракта усилителя мощности 8МГц (Базальт – 50). Параметры этой цепи обратной связи определяются сопротивлением R3, емкостью интегратора С1 и крутизной фазовращателя 8МГц. Эти параметры выбраны так, что граничная частота цепи обратной связи равна 200 Гц, что соответствует времени установления 0.8 мсек. Ключ К1 в этом режиме замкнут, выходное напряжение ОУ А2 равно нулю и не оказывает влияния на работу цепи обратной связи. Имеется возможность подстраивать фазу ускоряющего напряжения 8 МГц относительно опорного напряжения 4 МГц с помощью потенциометра R1. При этом рабочая точка фазового детектора синхронизатора смещается от нулевого значения.

Режим фазирования по сигналу от пикап-электрода включается после накопления тока пучка в ускорителе во время подъёма энергии. При этом фаза ускоряющего напряжения 8 МГц регулируется так, чтобы фаза пролета пучка в ускорителе относительно опорного напряжения была постоянной. Для этого из сигнала от пикап-электрода с помощью полосового фильтра выделяется напряжение 8 МГц. Этот напряжение вместе с опорным напряжением 8 МГц от блока синхроимпульсов поступает на вход фазометра 8 МГц. Напряжение 8 МГц от блока синхроимпульсов жестко привязано по фазе к опорному импульсному сигналу 4 МГц. Ключ К1 в этом режиме размыкается и выходной сигнал фазометра через интегратор на ОУ А2 и сопротивление R4 смещает фазу ускоряющего напряжения 8 МГц так, что выходное напряжение фазометра 8 МГц становится равным нулю. При этом рабочая точка фазового детектора синхронизатора смещается на некоторую величину. При выбранных параметрах интегратора А2 и номиналах элементов С2, R4 время установления цепи обратной связи в этом режиме равно 0.1 сек. Имеется возможность подстраивать фазу пучка относительно опорного напряжения фазовращателем 8 МГц. Нужно помнить, что при этом фаза перехвата сгустка в напряжение 72 МГц будет изменяться. Это используется при настройке правильного перехвата сгустка при включении ВЧ напряжения 72 МГц.

Ключ К1 управляется от ЦАП-16-16 (канал управления PHS8). При напряжении с выхода ЦАП более +1В ключ разомкнут, что соответствует режиму фазирования по сигналу от пикап-электрода. Если напряжение от ЦАП менее –1В, то ключ замкнут и напряжение резонатора 8 МГц фазируется по опорному сигналу 4 МГц.

Интеграторы А1, А2 вместе с элементами R1, R2, R3, R4, R5, C1, C2, K1 расположены в блоке кругового фазовращателя 8 МГц.

Приложениe 2 (Куркин Г.Я.).

Порядок включения резонатора 72 МГц при перехвате частиц.

Накопление частиц в ВЭПП-3 происходит при выключенном генераторе 72 МГц и максимальной расстройке резонатора 72 МГц вниз по частоте. После накопления необходимого тока пучка инжекция прекращается и начинается этап подъёма энергии частиц от энергии инжекции 350 МэВ до энергии перехвата 650 МэВ. За это время резонатор медленно перестраивается вверх по частоте в режиме настройки по потенциометру. Настройка управляется от ЦАП-16-16 (канал управления R72). Собственная частота резонатора при этом к концу этапа устанавливается примерно в 10 полосах резонатора ниже частоты задающего генератора 72 МГц возбудителя.

Затем включается процедура перехвата. Задается значение расстройки по потенциометру значительно выше частоты резонанса и резонатор начинается быстро перестраиваться вверх по частоте. Наведенное пучком напряжение на резонаторе начинается увеличиваться. При достижении этим напряжением порога, задаваемого от ЦАП-16-16 (канал управления FB72; рис.2), компаратор А1 включает модулятор в режиме АРУ I с уставкой около 40 А, а сигнал включения непрерывного режима от модулятора переключает работу сервоусилителя в режим настройки по фазометру АПЧ. Пороговое напряжение задается пропорционально току пучка.

Фаза напряжения 72 МГц для правильного перехвата должна быть в момент включения такой, чтобы при перехвате фаза пучка не смещалась. С этой целью выключение модулятора 72 МГц в предыдущем цикле должно происходить при расстроенном вниз резонаторе 72 МГц. При этом в фазовращателе в тракте генератора 72 МГц запоминается необходимая фаза, которая воспроизводится в момент его включения.

Рис. 2 Схема включения резонатора 72 МГц

Куркин Г.Я. тел. 47-51 11/2016