BSRF同步辐射光束线性能优化

论文摘要

本文紧密联系BSRF（北京同步辐射装置）的建设,围绕着同步辐射光束线性能的提高与优化展开,为作者参与BSRF大科学工程的工作总结。随着BSRF二期改造的顺利竣工,各实验线站光强有了较大的提高,光源与束线的稳定性问题凸现出来,论文分析了同步辐射稳定性的影响、探测以及联合加速器光源部门的改进。作者提出了光束位置探测设备—双刀型与双丝型XBPM的优化设计方案,现已在多个前端区安装使用,光源稳定性得到精确的判定与明显的改善。第一晶体的冷却问题一直是单色器中尚未很好解决的问题,作者和同事一起进行了单色器第一晶体的结构优化分析,现已加工完成,正在对加工工艺进行测试评价。作者还分析计算了1W2兼用模式同步辐射的性能,为兼用模式的使用运行提供了理论依据。二期改造工程中新建小角散射束线1W2A已开放并良好运行,本文分析了小角散射束线的性能的优化与改进。作者开发了同步辐射功率计算软件,分析弯晶单色器热负荷影响,计算指导了弯晶单色器热稳定性的改造。分析了压弯的力学结构,给出了机械压弯的改造建议。作者将相空间图解分析法与统计理论结合,实现了图解法的可计算性,提出了双狭缝最优配置方案。如今更前沿的科学问题对同步辐射提出了更苛刻的要求,如更好的准直性、更强的光子通量密度或更高的能量分辨率等等。微聚焦光学装置应运而生,本文介绍了几种微聚焦装置,并就BSRF将要发展的微聚焦装置进行了分析计算与实验测量。对于毛细管式微聚焦装置,作者设计并进行了性能测量实验与理论解释,在实验中,提出多点光宽拟合得到发散度的方法。在K-B镜微聚焦装置的压弯设计上,作者提出全局面型优化方案代替传统的中心泰勒近似,使点光源理论相差降低了一个量级,并脱离功能存在瓶颈的Shadow软件,采用数学计算软件独立进行了模拟实验,与理论结果非常吻合。这对BSRF正在进行的微聚焦装置设计与制造具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 同步辐射光学工程综述
• 1.1 引言
• 1.2 同步辐射光源
• 1.2.1 同步辐射光源概述
• 1.2.2 三种同步辐射发射
• 1.3 同步辐射成像光学
• 1.3.1 反射镜成像
• 1.3.2 透射折射成像
• 1.4 同步辐射单色仪
• 1.4.1 晶体单色仪
• 1.4.2 光栅单色仪
• 1.4.3 多层膜单色仪
• 1.5 同步辐射工程常用软件介绍
• 1.5.1 模拟追迹软件XOP-Shadow VUI
• 1.5.2 有限元分析软件Ansys
• 1.5.3 虚拟控制仪器的图形化编程语言 Lab VIEW
• 1.5.4 理论分析数学编程软件Mathematica、Maple和Matlab
• 1.5.5 较低级的纯语言C++和Java
• 1.6 同步辐射光学工程的科研方法
• 1.6.1 数学模型的理论计算
• 1.6.2 图解法
• 1.6.3 计算机数值模拟计算
• 1.6.4 实践检验
• 第2章 同步辐射大分子晶体学光束线的性能优化
• 2.1 引言
• 2.2 束线性能与数据质量的关系
• 2.3 大分子实验对稳定性的要求
• 2.4 生物大分子晶体学光束线稳定性分析
• 2.5 实验稳定性监控系统的建立及应用
• 2.5.1 稳定监控系统
• 2.5.2 同步辐射光束位置探测器XBPM的研发与应用
• 2.5.3 同步辐射电离室光强探测器的研发与应用
• 2.6 单色器第一晶体的冷却优化
• 2.6.1 背景介绍
• 2.6.2 Ansys热应力分析计算
• 2.6.3 单色器第一晶体加工
• 2.7 1W2B兼用模式光源计算
• 第3章 BSRF 1W2A小角散射光束线性能优化
• 3.1 引言
• 3.2 BSRF小角散射光束线简介
• 3.3 弯晶单色器性能改进
• 3.3.1 弯晶单色器热稳定性改进
• 3.3.2 压弯机构分析
• 3.4 双狭缝系统分析
• 3.4.1 相空间方法
• 3.4.2 双狭缝系统相空间图解
• 3.4.3 宽度的统计算法
• 3.4.4 相空间方法结合统计算法求解双狭缝
• 3.4.5 Mathematica模拟追迹
• 第4章 同步辐射光束线微聚焦
• 4.1 引言
• 4.2 微聚焦装置概述
• 4.3 K-B镜微聚焦设计与优化
• 4.3.1 梁压弯理论
• 4.3.2 梁压弯面型解析解
• 4.3.3 理想面型需求
• 4.3.4 K-B镜微聚焦系统对聚焦条件的建议
• 4.3.5 压弯参数计算
• 4.3.6 全局面型优化法
• 4.3.7 优化参数确定
• 4.3.8 表面加工工艺要求
• 4.3.9 像差计算
• 4.3.10 压弯理论的力学有限元分析验证
• 4.3.11 像差计算的追迹验证
• 4.3.12 真实光源压弯面型镜追迹计算
• 4.3.13 压弯轴位的确定
• 4.4 整体毛细管X光透镜微聚焦实验与分析
• 4.4.1 测试意义
• 4.4.2 测试方案
• 4.4.3 实验结果
• 第5章 光源及束线计算程序的编制及应用
• 5.1 同步辐射功率密度的计算程序
• 5.2 反射镜面型误差对像斑影响计算程序
• 5.3 谱亮度计算程序
• 第6章 同步辐射光学元件的面型测试与分析
• 6.1 引言
• 6.2 牛顿干涉环法
• 6.3 长程面型仪
• 6.4 激光干涉仪用于面型测量
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
• 致谢