DE102005041851B4 - Method for synchronizing the peak detection in accelerator systems - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Überwachung von Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger, • wobei bei der Injektion von Teilchen in einen Teilchenbeschleuniger ein mit der Injektion mittels einer vorgegebenen Phasenverschiebung synchronisiertes Startsignal eines periodischen Referenzsignals so erzeugt wird, dass nes Signals zusammenfällt, der in einem ersten Monitor durch die Teilchen erzeugt wird, • im Zeitpunkt des Startsignals das Signal des ersten Monitors gemessen wird, • wobei Monitorsignale von nachfolgend angeordneten Monitoren in Abhängigkeit von vorgegebenen Phasenverschiebungen für die jeweils nachfolgenden Monitore gemessen werden, so dass die jeweiligen nachfolgend erzeugten Spitzenwerte, die in den jeweils nachfolgenden Monitoren durch die Teilchen erzeugt werden, gemessen werden.Method for monitoring particles in a particle accelerator, where, when injecting particles into a particle accelerator, a start signal of a periodic reference signal, synchronized with the injection by means of a predetermined phase shift, is generated so that a signal generated by the particles in a first monitor coincides • the signal of the first monitor is measured at the time of the start signal, • monitor signals from monitors arranged below are measured depending on specified phase shifts for the respective subsequent monitors, so that the respective subsequently generated peak values that are reflected in the respective subsequent monitors the particles generated are measured.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Messung von periodisch oder nichtperiodisch auftretenden Signalen von gebündelten und geladenen Teilchen in Monitoren bei einem Teilchenbeschleuniger. Ein periodisches Signal wird durch einen zirkulierenden Strahl in Ringbeschleunigern erzeugt. Ein nichtperiodisches Signal tritt bei Linearbeschleunigern oder bei First-Turn Messungen in ringförmigen Beschleunigern auf.The invention relates to a method for the measurement of periodically or non-periodically occurring signals of collimated and charged particles in monitors in a particle accelerator. A periodic signal is generated by a circulating beam in ring accelerators. A nonperiodic signal occurs in linear accelerators or in first-turn measurements in annular accelerators.
Für die Bestimmung der Position von Teilchen in Teilchenbeschleunigern werden die Signale von Monitoren für die Kontrolle oder Regelung des Beschleunigers verarbeitet und dargestellt. Kapazitive Elektroden eines Kondensators werden regelmäßig als Monitor für die Bestimmung der Position der Teilchen eingesetzt. Fliegen elektrisch geladene Teilchen durch einen solchen Monitor, so verschieben diese elektrische Ladung in den kapazitiven Elektroden. Es wird also in jeder kapazitiven Elektrode des Kondensators ein elektrisches Signal erzeugt. Weisen die Teilchen bzw. ein Bündel von Teilchen beim Fliegen durch den kapazitiven Monitor exakt den gleichen Abstand zu den zwei kapazitiven Elektroden eines Kondensators auf, so gleichen sich die beiden elektrischen Signale dem Betrag nach. Werden diese elektrischen Signale gemessen und werden die beiden Messwerte voneinander subtrahiert, so ist das Ergebnis Null, wenn der vorgenannte gleiche Abstand vorlag. Eine Differenz der Messwerte ungleich Null ergibt sich, wenn die vorgenannten Abstände zu den Elektroden bzw. Platten des Kondensators ungleich sind. Die in einem Kondensator erzeugten elektrischen Signale sind somit ein Maß für die Position der Teilchen bzw. eines Bündels von Teilchen.For the determination of the position of particles in particle accelerators, the signals from monitors for the control of the accelerator are processed and displayed. Capacitive electrodes of a capacitor are regularly used as a monitor for determining the position of the particles. Flying electrically charged particles through such a monitor will shift this electrical charge in the capacitive electrodes. Thus, an electrical signal is generated in each capacitive electrode of the capacitor. If the particles or a bundle of particles have exactly the same distance to the two capacitive electrodes of a capacitor when flying through the capacitive monitor, then the two electrical signals are equal in magnitude. If these electrical signals are measured and the two measured values are subtracted from each other, the result is zero if the aforementioned same distance was present. A difference of the measured values other than zero results if the aforementioned distances to the electrodes or plates of the capacitor are unequal. The electrical signals generated in a capacitor are thus a measure of the position of the particles or a bundle of particles.
Um die horizontale Position der Teilchen bestimmen zu können, sind die Elektroden bzw. Platten eines ersten Kondensators links und rechts von der zu erwartenden Bahn der Teilchen angeordnet. Es resultieren Messwerte „L” bzw. „R” von der linken bzw. rechten Kondensatorplatte. Um die vertikale Position der Teilchen bestimmen zu können, sind die Platten eines zweiten Kondensators oberhalb und unterhalb von der zu erwartenden Bahn der Teilchen angeordnet. Es resultieren Messwerte „U” bzw. „D” von der oberen bzw. unteren Kondensatorplatte.In order to be able to determine the horizontal position of the particles, the electrodes or plates of a first capacitor are arranged to the left and to the right of the expected path of the particles. This results in measured values "L" or "R" from the left or right capacitor plate. In order to be able to determine the vertical position of the particles, the plates of a second capacitor are arranged above and below the expected path of the particles. This results in measured values "U" or "D" from the upper or lower capacitor plate.
Für die Beschleunigung werden die in einem ringförmigen Teilchenbeschleuniger fliegenden Teilchen durch das beschleunigende Wechselfeld räumlich gebündelt bzw. in sogenannte Bunche komprimiert. Die Monitore liefern folglich Impuls-Signale bei jedem Durchlauf. Die Frequenz und die relative zeitliche Länge der Impulse bezogen auf die Periodenzeit (Tastenverhältnis) ändern sich im Laufe des Beschleunigungsprozesses von schweren Teilchen mit großer Dynamik.For acceleration, the particles flying in an annular particle accelerator are spatially bundled by the accelerating alternating field or compressed into so-called bunches. The monitors thus provide pulse signals on each pass. The frequency and the relative length of the pulses in relation to the period (key ratio) change during the acceleration process of heavy particles with great dynamics.
Eine typische Umlauffrequenz in einem ringförmigen Teilchenbeschleuniger liegt bei 1 MHz. Die Erfassung der Position der Teilchen bzw. Teilchenbündel und die Verarbeitung müssen also entsprechend schnell erfolgen. Bei einer derart hohen Umlauffrequenz resultiert eine entsprechend große Datenmenge, die verarbeitet werden muss. Die Nutzsignale müssen ferner von den Störsignalen, also dem Untergrund getrennt werden. Verfahren zur Bestimmung der Position der Teilchen aus den periodisch wiederkehrenden impulsförmigen Signalen zur Verbesserung der Signalqualität und zur Reduktion des mit diesen Signalen verbundenen Datenbestandes sind bekannt.A typical orbital frequency in an annular particle accelerator is 1 MHz. The detection of the position of the particles or particle bundles and the processing must therefore be done quickly. With such a high circulation frequency results in a correspondingly large amount of data that needs to be processed. The useful signals must also be separated from the interference signals, ie the background. Methods for determining the position of the particles from the periodically repeating pulse-shaped signals to improve the signal quality and to reduce the data associated with these signals are known.
In einem Linearbeschleuniger oder bei First-Turn Messungen in Ringanlagen besteht bei den zuvor beschriebenen Verfahren nicht die Möglichkeit, mittels eines synchronisierten Referenzsignals die Impuls-Spitzenwerte der Teilchenbündel exakt messen zu können. Somit kann bei den zuvor beschriebenen Verfahren und Messvorrichtungen die Spitzenwerterfassung der Teilchen bzw. Bündel im Fall eines ersten Umlaufs bei (noch) nicht zirkulierendem Strahl in einem ringförmigen Teilchenbeschleuniger oder im weiteren Falle eines Strahls in einem Linearbeschleuniger nicht mit ausreichender Genauigkeit erfolgen.In a linear accelerator or in first-turn measurements in ring systems, it is not possible with the methods described above to be able to measure the pulse peak values of the particle bundles precisely by means of a synchronized reference signal. Thus, in the methods and apparatus described above, the peak detection of the particles or bundles can not be performed with sufficient accuracy in the case of a first (non-circulating) jet in an annular particle accelerator or in another case of a jet in a linear accelerator.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
Die Druckschrift
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Position von Teilchen bzw. Bündeln insbesondere im ersten Umlauf eines ringförmigen Teilchenbeschleunigers bzw. bei einem Linearbeschleuniger verbessert messen zu können.It is an object of the invention to be able to measure the position of particles or bundles in particular in the first round of an annular particle accelerator or in a linear accelerator improved.
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object of the invention is achieved by a method having the features of
Entlang der Umlaufbahn eines Teilchenbeschleunigers sind die verschiedenen Monitore – in der Regel gleichmäßig verteilt – aufgestellt. Durchfliegen Teilchen bzw. Teilchenbündel die Bahn des Beschleunigers, so erreichen diese nacheinander die verschiedenen Monitore. Wird bei einem ersten Monitor der Spitzenwert des durch die Teilchen bzw. Teilchenbündel erzeugten Signals gemessen und ist die Flugzeit bekannt, die die Teilchen von einem Monitor bis zum nächsten Monitor benötigen, so kann hieraus abgeleitet werden, mit welcher zeitlichen Verzögerung bei den verschiedenen Monitoren eine Messung im Idealfall erfolgen sollte, um den jeweiligen Spitzenwert zu messen. Die Flugzeit der Teilchen von Monitor zu Monitor lässt sich wiederum berechnen, da die hiefür notwendigen Informationen wie kinetische Energie und Geschwindigkeit der Teilchen zur Verfügung stehen.Along the orbit of a particle accelerator, the various monitors - usually evenly distributed - placed. If particles or particle bundles fly through the path of the accelerator, they successively reach the various monitors. If, at a first monitor, the peak value of the signal generated by the particle or particle bundle is measured and the time of flight is known, which the particles need from one monitor to the next monitor, then it can be deduced with which time delay in the various monitors Ideally, measurement should be done to measure the respective peak value. The time of flight of the particles from monitor to monitor can be calculated again, since the necessary information such as kinetic energy and velocity of the particles are available.
In Abhängigkeit von einem Startsignal werden nun (Phasen-) Verschiebungen so eingestellt, dass diese den zeitlichen Verzögerungen entsprechen, die die Teilchen von Monitor zu Monitor benötigen.Depending on a start signal, (phase) shifts are now set to correspond to the time delays that the particles require from monitor to monitor.
Die Injektion von Teilchen in einen Teilchenbeschleuniger wird nun mit dem Startsignal so synchronisiert, dass ein erstes maximales, durch die fliegenden Teilchen erzeugtes Monitorsignal im Zeitpunkt des Startsignals gemessen bzw. ermittelt wird. Beim zweiten nachfolgenden Monitor wird gesteuert durch die Phasenverschiebung die nächste Messung durchgeführt und so weiter. Es wird so erreicht, dass stets jeweilige Spitzenwerte, die bei den Monitoren infolge der Teilchen bzw. Teilchenbündel auftreten, gemessen werden.The injection of particles into a particle accelerator is now synchronized with the start signal in such a way that a first maximum monitor signal generated by the flying particles is measured or determined at the time of the start signal. In the second subsequent monitor, controlled by the phase shift, the next measurement is performed and so on. It is achieved in such a way that always the respective peak values that occur in the monitors as a result of the particles or particle bundles are measured.
Auf diese Weise können die gesuchten Signale besonders genau ermittelt werden, da das jeweilige Monitorsignal sich im Zeitpunkt des Spitzenwertes besonders stark von Störsignalen abhebt. Auch wird erreicht, dass für die Messung von Monitorsignalen die Zahl der Messwerte gering gehalten wird. Da entsprechend wenige Messwerte verarbeitet werden müssen, gelingt eine schnelle Auswertung der Messwerte.In this way, the signals sought can be determined particularly accurately, since the respective monitor signal is particularly strong at the time of the peak value of interference signals stands out. It is also achieved that the number of measured values is kept low for the measurement of monitor signals. Since correspondingly few measured values have to be processed, a quick evaluation of the measured values is possible.
Durch die phasenverschobenen Messungen besteht die Möglichkeit, Störeinflüsse zu berücksichtigen, die bewirken, dass kleinere Abweichungen zwischen einem jeweiligen Spitzenwert eines Monitorsignals und dem aufgrund der Geschwindigkeit der Teilchen erwarteten Zeitpunkts eines Spitzenwertes auftreten. Solche Abweichungen treten beispielsweise aufgrund von Laufzeiten bei der Übertragung von Informationen auf. Es kann so durch manuelle oder automatische Korrektur der Phasenverschiebung weiter verbessert der jeweilige Spitzenwert gemessen werden.The phase-shifted measurements provide the opportunity to account for disturbances that cause smaller deviations to occur between a respective peak of a monitor signal and the peak time expected due to the velocity of the particles. Such deviations occur, for example, due to transit times in the transmission of information. It can be measured by manual or automatic correction of the phase shift further improved the respective peak value.
Resultiert das Startsignal aus einer Referenzfrequenz, so werden in Abhängigkeit der momentanen Fluggeschwindigkeit der Teilchen (Referenzfrequenz) Phasenverschiebungen so eingestellt, dass diese den zeitlichen Verzögerungen entsprechen, die die Teilchen von Monitor zu Monitor benötigen. Die Injektion von Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger wird nun mit dem Referenzsignal so synchronisiert, dass die Injektion mit der Phase der Referenz fest und genau reproduzierbar verknüpft ist.If the start signal results from a reference frequency, phase shifts are adjusted in dependence on the instantaneous airspeed of the particles (reference frequency) so that they correspond to the time delays which the particles require from monitor to monitor. The injection of particles in a particle accelerator is now synchronized with the reference signal in such a way that the injection is permanently and accurately reproducibly linked to the phase of the reference.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Verschiebungen der Zeitpunkte der Messungen bei den verschiedenen Monitoren gemäß fest vorgegebenen Werten, die tabellarisch gespeichert sein können, durchgeführt. Beispielsweise durch Eichmessungen können diese Verschiebungen für einen Beschleuniger ermittelt worden sein. Es gelingt so besonders genau die Erfassung der Spitzenwerte.In a further advantageous embodiment, the shifts in the times of the measurements in the various monitors according to fixed values that can be stored in tabular form, performed. For example, by calibration measurements, these shifts have been determined for an accelerator. It is so particularly accurate to capture the peak values.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung von Teilchen in einem ringförmigen Teilchenbeschleuniger sieht vor, dass vor der Injektion von Teilchen oder einem Bunch ein periodisches Referenzsignal und zwar vor allem in Form eines Rechtecksignals erzeugt wird. Beispielsweise wird das Referenzsignal durch einen Oszillator erzeugt. Die Frequenz des Referenzsignals, nachfolgend „Referenzfrequenz” genannt, entspricht der Umlauffrequenz der Teilchen. Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, wenn nicht nur ein erster Umlauf der Teilchen überwacht werden soll, sondern darüber hinaus wenigstens ein zweiter oder dritter Umlauf. insbesondere eine steigende oder fallende Flanke des Referenzsignals dient dann zunächst als Startsignal, um eine Messung bei einem ersten Monitor vorzunehmen, der von den Teilchen durchflogen wird. Die Messungen bei den nachfolgenden Monitoren erfolgen zu den Zeitpunkten, die sich aus den Phasenverschiebungen ergeben. Haben die Teilchen den ringförmigen Teilchenbeschleuniger ein erstes Mal durchflogen, so erfolgt die Messung bei dem ersten Monitor erneut im Zeitpunkt einer steigenden oder fallenden Flanke des Referenzsignals. Anschließend werden die Zeitpunkte der Messungen bei den nachfolgenden Monitoren wieder durch die Phasenverschiebungen vorgegeben, bis erneut der Ausgangspunkt erreicht ist usw..The inventive method for monitoring particles in an annular particle accelerator provides that before the injection of particles or a bunch, a periodic reference signal, specifically in the form of a rectangular signal is generated. For example, the reference signal is generated by an oscillator. The frequency of the reference signal, hereinafter referred to as "reference frequency", corresponds to the rotational frequency of the particles. This embodiment is advantageous if not only a first circulation of the particles is to be monitored, but also at least a second or third circulation. In particular, a rising or falling edge of the reference signal is then initially used as a start signal to make a measurement in a first monitor, which is traversed by the particles. The measurements on the following monitors are made at the times resulting from the phase shifts. If the particles have passed through the annular particle accelerator a first time, the measurement in the first monitor takes place again at the time of a rising or falling edge of the reference signal. Subsequently, the time points of the measurements in the subsequent monitors are again given by the phase shifts until the starting point is reached again, etc.
Die Monitorsignale, also die von Kondensatoren stammenden Spannungssignale bzw. Messwerte L und R sowie U und D werden in einer Ausgestaltung der Erfindung verstärkt und durch analoge Tiefpassfilter bandbegrenzt. Beispielsweise wird der Frequenzbereich von 0 bis 500 MHz herausgefiltert. Bei schweren Teilchen liegt der heraus gefilterte Frequenzbereich bei 0 bis 100 MHz. So gelingt eine erste Abtrennung von Störsignalen.The monitor signals, that is to say the voltage signals or measured values L and R as well as U and D originating from capacitors, are amplified in an embodiment of the invention and band-limited by analogue low-pass filters. For example, the Frequency range filtered out from 0 to 500 MHz. For heavy particles, the filtered out frequency range is 0 to 100 MHz. Thus, a first separation of interference signals succeeds.
Die Teilchen werden wenigstens während des ersten Durchflugs eines ringförmigen Teilchenbeschleunigers überwacht. Insbesondere bei ringförmigen Beschleunigern erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als vorteilhaft. Wird ein ringförmiger Teilchenbeschleuniger in Betrieb genommen, so muss die sogenannte „first-turn” Messung vorgenommen werden. Die first-turn Messung liefert Informationen darüber, wie der Teilchenbeschleuniger einzustellen und zu regeln ist, damit die Teilchen die erforderliche Umlaufbahn erreichen, um im ringförmigen Teilchenbeschleuniger zirkulieren zu können. Die Spitzenwerterfassung entlang des Ringes erfolgt wie beschrieben in Abhängigkeit vom Referenzsignal unter Berücksichtigung von Phasenverschiebungen.The particles are monitored at least during the first pass of an annular particle accelerator. Particularly in the case of annular accelerators, the method according to the invention proves to be advantageous. If an annular particle accelerator is put into operation, the so-called "first-turn" measurement must be carried out. The first-turn measurement provides information on how to adjust and regulate the particle accelerator so that the particles reach the required orbit to circulate in the annular particle accelerator. The peak detection along the ring is carried out as described in dependence on the reference signal, taking into account phase shifts.
Wird nur ein Umlauf erfasst, ist es weniger wichtig, dass die Frequenz des Referenzsignals (Referenzfrequenz) der Umlauffrequenz der Teilchen entspricht, da kleinere Frequenzfehler durch Phasenverschiebung korrigiert werden können. Werden mehrere Umläufe erfasst, müssen Referenzfrequenz und Phasen exakter eingestellt werden, da sonst die Fehler in den aufeinander folgenden Umläufen addiert werden.If only one cycle is detected, it is less important that the frequency of the reference signal (reference frequency) corresponds to the frequency of the particles, since smaller frequency errors can be corrected by phase shifting. If several cycles are detected, the reference frequency and phases must be set more exactly, otherwise the errors in the successive round trips will be added.
Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Teilchenbeschleuniger mit wenigstens einem Monitor, in dem ein Teilchen ein Monitorsignal erzeugt. Ferner sind Mittel für die Erzeugung eines periodischen Referenzsignals vorgesehen. Der Teilchenbeschleuniger weist Mittel für die Verknüpfung des Referenzsignals mit dem Monitorsignal anhand einer vorgegebenen Phasenverschiebung gegenüber dem Referenzsignal derart auf, dass eine steigende oder fallende Flanke des Referenzsignals mit dem Spitzenwert eines Monitorsignals zeitlich zusammenfällt. Darüber hinaus sind Mittel für die Erfassung des Monitorsignals im Zeitpunkt der steigenden oder faltenden Flanken des Referenzsignals vorgesehen. Dadurch kann die Signalverarbeitung hinsichtlich Geschwindigkeit und Rauschabstand und damit eine Messung verbessert werden. Gesteuert durch diese Flanke wird dann der jeweils auftretende Wert des impulsförmigen Monitorsignals im Zeitpunkt der steigendenden bzw. fallenden Flanke des periodisch auftretenden Referenzsignals gemessen.To carry out the method, a particle accelerator with at least one monitor is used, in which a particle generates a monitor signal. Furthermore, means are provided for generating a periodic reference signal. The particle accelerator has means for the combination of the reference signal with the monitor signal based on a predetermined phase shift relative to the reference signal such that a rising or falling edge of the reference signal coincides in time with the peak value of a monitor signal. In addition, means for detecting the monitor signal at the time of rising or folding edges of the reference signal are provided. As a result, the signal processing in terms of speed and signal to noise ratio and thus a measurement can be improved. Controlled by this edge of each occurring value of the pulse-shaped monitor signal is then measured at the time of rising or falling edge of the periodically occurring reference signal.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen programmierbaren Phasenschieber. Dadurch kann die jeweilige Phasenverschiebung besonders genau und gegebenenfalls dynamisch erfolgen.In a further advantageous embodiment, the device according to the invention comprises a programmable phase shifter. As a result, the respective phase shift can be carried out particularly accurately and optionally dynamically.
Beim Teilchenbeschleuniger gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Mittel für die Verknüpfung des Referenzsignals mit dem Monitorsignal digitale PLLs (Phase Locked Loop = PLL) mit mehreren Direct Digital Synthesizer (DDS) auf. U. a. um die Inbetriebnahme eines Teilchenbeschleunigers zu verkürzen, werden vorteilhaft Taktgeneratoren in jeden Monitor eingesetzt, die zwei DDS Oszillatoren besitzen. Einer der Oszillatoren (DDS1) wird in ein PLL eingebunden. Seine Frequenz/Phase trackt exakt die Referenz-Frequenz/Phase. Die Frequenz des zweiten Oszillators (DDS2) wird mit gemeinsamer Steuerung immer auf den gleichen Wert von DDS1 eingestellt. Die Frequenzwerte, die durch die PLL automatisch eingestellt werden, verwendet die Steuereinheit des Taktgenerators als Adresse für einen schnellen Speicher (Lookup-Table). Die hier gespeicherten Werte bestimmen die Phasenlage zwischen DDS1 und DDS2. Das Signal von DDS2 ist das Ausgangssignal des Taktgenerators. Damit wird besonders einfach ein programmierbarer Phasenschieber verwirklicht. Alle funktionellen Einheiten der Taktgeneratoren wie Loopfilter, Oszillator und Phasenschieber sind beispielsweise rein digital. Dieser Aufbau ermöglicht eine sehr genaue und reproduzierbare vorprogrammierte Phasenverschiebung.In the case of the particle accelerator according to an advantageous embodiment, the means for linking the reference signal to the monitor signal comprise digital PLLs (Phase Locked Loop = PLL) with a plurality of direct digital synthesizers (DDS). U. a. To shorten the commissioning of a particle accelerator, advantageous clock generators are used in each monitor, which have two DDS oscillators. One of the oscillators (DDS1) is integrated in a PLL. Its frequency / phase tracks exactly the reference frequency / phase. The frequency of the second oscillator (DDS2) is always set to the same value of DDS1 with common control. The frequency values that are automatically set by the PLL are used by the clock generator control unit as an address for a fast memory (lookup table). The values stored here determine the phase angle between DDS1 and DDS2. The signal from DDS2 is the output of the clock generator. This is particularly easy to implement a programmable phase shifter. All functional units of the clock generators such as Loopfilter, oscillator and phase shifter are purely digital, for example. This structure allows a very accurate and reproducible preprogrammed phase shift.
Der erfindungsgemäße Teilchenbeschleuniger weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung Mittel zur Funkübertragung des Referenzsignals an den oder die Monitore auf. Dadurch kann die Übertragung des Referenzsignals besonders schnell und zuverlässig erfolgen.In a further advantageous refinement, the particle accelerator according to the invention has means for radio transmission of the reference signal to the monitor (s). As a result, the transmission of the reference signal can be carried out particularly quickly and reliably.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform entspricht die Frequenz des Referenzsignals einer Harmonischen der Beschleunigungsspannung des Teilchenbeschleunigers. Wird die Frequenz der externen Referenz mit einer Harmonischen der Beschleunigungsspannung verknüpft, kann diese Takterzeugung auch bei zirkulierendem Strahl im Ringbeschleuniger weiter benutzt werden. Ferner können so vorteilhaft Störeinflüsse auf die Monitorfrequenzen vermieden werden.In a further advantageous embodiment, the frequency of the reference signal corresponds to a harmonic of the acceleration voltage of the particle accelerator. If the frequency of the external reference is linked to a harmonic of the acceleration voltage, this clock generation can continue to be used in the case of a circulating beam in the ring accelerator. Furthermore, disturbing influences on the monitor frequencies can be avoided in this way.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht die Frequenz des Referenzsignals einer Harmonischen der Beschleunigerspannung des Teilchenbeschleunigers. So können vorteilhaft Störeinflüsse auf die Monitorsignale vermieden werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the frequency of the reference signal corresponds to a harmonic of the accelerator voltage of the particle accelerator. This way, interference effects on the monitor signals can advantageously be avoided.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben:
In einem Linearbeschleuniger oder bei First-Turn Messungen in Ringanlagen besteht die Möglichkeit nicht, die Taktphase aufgrund zirkulierender Teilchen vor der Messung einzuregeln. Für diese Betriebsart wird ein zentraler Referenzoszillator benutzt. Sowohl die Taktgeneratoren der Monitore als auch die Steuereinheit für die Injektion des Teilchens in den Beschleuniger empfangen kontinuierlich die periodischen Signale des zentralen Oszillators als externe Referenz. Die Injektion wird mit dem Referenzsignal synchronisiert. Die Taktgeneratoren der Monitore synchronisieren sich auf die Referenzfrequenz schon vor der Injektion.The invention will be described below with reference to an embodiment:
In a linear accelerator or in first-turn measurements in ring systems, it is not possible to regulate the clock phase due to circulating particles before the measurement. For this mode, a central reference oscillator is used. Both the clock generators of the monitors and the Control unit for the injection of the particle into the accelerator continuously receive the periodic signals of the central oscillator as an external reference. The injection is synchronized with the reference signal. The clock generators of the monitors synchronize themselves to the reference frequency even before the injection.
Entlang der Umlaufbahn eines Teilchenbeschleunigers sind die verschiedenen Monitore aufgestellt. Durchfliegt ein Teilchen oder ein Teilchenbündel, also ein Bunch, die Umlaufbahn, so erreicht es bzw. erreichen sie nacheinander die verschiedenen Monitore. Wird bei einem ersten Monitor das Signal zutreffend gemessen und ist die Flugzeit, die ein Teilchen bzw. ein Teilchenbündel bis zum nächsten Monitor benötigt, bzw. die Verzögerung des Referenzsignals bekannt, so kann hieraus abgeleitet werden, eine wie große Phasenverschiebung der Taktgenerator der betroffenen Station einzustellen hat, damit die Messung bei der Spitze des Monitorsignals erfolgt. Insbesondere bei einem ersten Umlauf („first turn” genannt) eines Teilchens oder bei Linearbeschleuniger ist es von Interesse, diese Zeiten bzw. Phase zu kennen.Along the orbit of a particle accelerator, the various monitors are set up. If a particle or a bundle of particles, ie a bunch, passes through the orbit, it reaches or reaches the various monitors one after the other. If the signal is correctly measured in a first monitor and if the time of flight which a particle or a particle bundle requires until the next monitor or the delay of the reference signal is known, then a large phase shift of the clock generator of the station concerned can be derived has to be adjusted so that the measurement takes place at the top of the monitor signal. In particular, in a first round (called "first turn") of a particle or linear accelerator, it is of interest to know these times or phase.
Wird ein ringförmiger Teilchenbeschleuniger in Betrieb genommen, so muss eine sogenannte „first-turn” Messung vorgenommen werden. Die first-turn Messung liefert Informationen darüber, wie der Teilchenbeschleuniger einzustellen und zu regeln ist, damit die Teilchen die erforderliche Umlaufbahn erreichen, um im ringförmigen Teilchenbeschleuniger zirkulieren zu können. Der richtige Zeitpunkt für die Spitzenwerterfassung entlang des Ringes wird durch die Kombination der Referenzfrequenz und der Phasenverschiebung für den jeweiligen Monitor bestimmt. Wird nur ein Umlauf erfasst, kann die Referenzfrequenz von der Umlauffrequenz abweichen, da kleinere Frequenzfehler durch Phasenverschiebung korrigiert werden können. Werden mehrere Umläufe erfasst, müssen Referenzfrequenz und Phasen exakt eingestellt werden, da sonst die Fehler in den aufeinander folgenden Umläufen addiert werden.If an annular particle accelerator is put into operation, a so-called "first-turn" measurement must be carried out. The first-turn measurement provides information on how to adjust and regulate the particle accelerator so that the particles reach the required orbit to circulate in the annular particle accelerator. The correct time for peak detection along the ring is determined by the combination of reference frequency and phase shift for each monitor. If only one revolution is detected, the reference frequency may deviate from the revolution frequency because smaller frequency errors can be corrected by phase shifting. If several cycles are detected, the reference frequency and phases must be set exactly, otherwise the errors in the successive round trips will be added.
Dieses Referenzsignal wird vorteilhaft von einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz der Beschleunigungsspannung – also der Spannung für die Beschleunigung der Teilchen – abgeleitet, um Störeinflüsse im Nutz-Frequenzbereich auf die Monitorsignale zu vermeiden. Das Referenzsignal wird durch Verkabelung oder durch eine Funkverbindung an die Monitore übermittelt. Die Phase des Taktsignals wird für jeden Monitor und für jede Bunchfrequenz durch den Phasenschieber so eingestellt, dass die Taktflanken auf die Bunchspitzen fallen. Die Flugzeit der Teilchen und die Verzögerungen der Elektronik und der Referenzstrecke werden dabei berücksichtigt. Um dies zu erreichen, werden die benötigten Werte der Phasen als Funktion der Frequenz in einer Tabelle (Lookup-Table) bereit gestellt. Die PLL verfolgt kontinuierlich die Referenzfrequenz phasenstarr. Die Steuereinheit des Phasenschiebers stellt den aktuell notwendigen Phasenwert aufgrund der momentanen Bunchfrequenz in Echtzeit ein. (Bei Ringbeschleunigern ist die Bunchfrequenz gleich Umlauffrequenz multipliziert mit der Anzahl der Bunche im Ring. Folglich sind Bunchfrequenz und Umlauffrequenz in Singlebunch-Anlagen identisch.) Die Daten für die Tabelle können entweder zuvor berechnet, experimentell, oder durch automatische Trainings-Algorithmen aufgenommen worden sein. Ein Teilchenbeschleuniger kann so besonders schnell seinen Betrieb aufnehmen.This reference signal is advantageously derived from an integer multiple of the frequency of the acceleration voltage-that is, the voltage for the acceleration of the particles-in order to avoid disturbing influences in the useful frequency range on the monitor signals. The reference signal is transmitted to the monitors by cabling or by wireless connection. The phase of the clock signal is adjusted for each monitor and for each Bunchfrequenz by the phase shifter so that the clock edges fall on the bunch tips. The time of flight of the particles and the delays of the electronics and the reference distance are taken into account. To achieve this, the required values of the phases as a function of the frequency are provided in a look-up table. The PLL continuously tracks the reference frequency in phase. The control unit of the phase shifter adjusts the currently required phase value in real time on the basis of the current burst frequency. (For ring accelerators, the Bunch Frequency is equal to the Reverse Frequency multiplied by the number of bunches in the ring, so the Boundary Frequency and Recurrence Frequency are the same in singlebunch plants.) The data for the table can be either pre-computed, experimental, or taken by automatic training algorithms , A particle accelerator can thus start up very quickly.
Wird Phase und Frequenz der externen Referenz mit einer Harmonischen der Beschleunigungsspannung verknüpft, kann diese Takterzeugung auch bei zirkulierendem Strahl im Ringbeschleuniger weiter benutzt werden.If the phase and frequency of the external reference are combined with a harmonic of the acceleration voltage, this clock generation can continue to be used even with a circulating beam in the ring accelerator.
Wird die Option First-Turn Messung in Ringbeschleunigern nicht gebraucht, kann dann auch eine externe Frequenz entfallen.If the option First-Turn Measurement in ring accelerators is not needed, an external frequency can be omitted.
Haben die Teilchen die vorgesehene Geschwindigkeit und Umlaufbahn erreicht, so ist eine externe Referenz aber nicht mehr unbedingt notwendig. Der Taktgenerator kann dann in einer Ausgestaltung so umgeschaltet werden, dass er die Monitorsignale als Referenz benutzt.If the particles have reached the intended speed and orbit, an external reference is no longer absolutely necessary. The clock generator can then be switched in one embodiment so that it uses the monitor signals as a reference.
Jedem Monitor ist im Ausführungsbeispiel eine eigene Elektronik zugeordnet. Die Elektronik besteht regelmäßig aus einem Taktgenerator, einem Vorverstärker, einem Datenerfassung- und Speichermodul, einer Steuer- und Kommunikationseinheit. Diese Elektronik wird BPM-Station genannt. Die BPM Stationen sowie Referenz- und Triggerverbindungen werden über ein elektronisches Netzwerk ins Kontrollsystem der Anlage eingebunden.Each monitor is assigned its own electronics in the embodiment. The electronics regularly consist of a clock generator, a preamplifier, a data acquisition and storage module, a control and communication unit. This electronics is called BPM station. The BPM stations as well as reference and trigger connections are integrated into the plant's control system via an electronic network.
Es zeigenShow it
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Injektorinjector
- 22
- Referenz-OszillatorReference oscillator
- 33
- Trigger-LogikTrigger logic
- 44
- Injektionsweginjectable
- 55
- Ringförmiger Umlauf im TeilchenbeschleunigerRing-shaped circulation in the particle accelerator
- 6–106-10
- Monitor/BPM StationenMonitor / BPM stations
- 1111
- DSS1DSS1
- 1212
- DSS2DSS2
- 1313
- Phasendetektorphase detector
- 1414
- Loop FilterLoop filter
- 1515
- Look-Up TabelleLook-up table
- 1616
- PLLPLL
Teilchen werden über einen Injektor
Die Frequenz des Referenzoszillators
Das Referenzsignal ist ein periodisches CW Signal, worauf sich die Taktgeneratoren der BPM Stationen
Die Abspeicherung der erfassten Daten beginnt bei dem ersten Nulldurchgang der Taktsignale nach dem Startimpuls der Triggerlogik, Die Anzahl der Messung ist 1 bei First-Turn und höher bei zirkulierenden Teilchen.The storage of the acquired data begins at the first zero crossing of the clock signals after the start pulse of the trigger logic. The number of measurements is 1 for first turn and higher for circulating particles.
Die notwendige Phasenverschiebung z. B. für die BMP Station
- fR:
- Frequenz des Referenzoszillators
- tD2-1:
- Signalverzögerung zwischen Referenzoszillator und Injektor
- tF1-6:
- Flugzeit der Teilchen zwischen Injektor und BPM6
- tD2-6:
- Signalverzögerung zwischen Referenzoszillator und BPM6
- f R :
- Frequency of the reference oscillator
- t D2-1 :
- Signal delay between reference oscillator and injector
- t F1-6 :
- Flight time of particles between injector and BPM6
- t D2-6 :
- Signal delay between reference oscillator and BPM6
Bei First-Turn Messungen in Ringanlagen oder bei Linearbeschleuniger ist der Wert der Referenzfrequenz nicht kritisch. Allerdings muss die Frequenz so gewählt werden, dass die notwendige Phasenverschiebung für die von dem Injektor am weitesten entfernt liegenden BPM Station knapp unter 2π bleibt. Im Ringbeschleuniger sind die aufeinander folgenden Impulsspitzen der zirkulierenden Teilchen in der Phasendomäne voneinander 2π (volle Umlaufperiode) entfernt. Daher muss für Messungen von mehreren Umläufen die Referenzfrequenz exakt der Umlauffrequenz entsprechen.For first-turn measurements in ring systems or linear accelerators, the value of the reference frequency is not critical. However, the frequency must be selected so that the necessary phase shift for the BPM station farthest from the injector remains just under 2π. In the ring accelerator, the successive pulse peaks of the circulating particles in the phase domain are separated from each other by 2π (full revolution period). Therefore, for measurements of multiple round trips, the reference frequency must be exactly equal to the orbital frequency.
Claims (5)
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|---|---|---|---|
| DE200510041851 DE102005041851B4 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Method for synchronizing the peak detection in accelerator systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200510041851 DE102005041851B4 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Method for synchronizing the peak detection in accelerator systems |
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-
2005
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Non-Patent Citations (3)
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| Beam Diagnostic Instrumentation COSY-LINAC, Jürgen Dietrich, Istvan Mohos, COSY-SCL 120303 * |
| Beam Position Monitor & Co, Developments of BPM and related Electronics at COSY, Istvan Mohos, Forschungszentrum Jülich, IKP-COSY, 02.06.2004 * |
| Wavequide Monitors - a New Type of Beam Position Monitors for the TTF FEL, U.Hahn, T.Kamps, R. Lorenz, W. Riesch, H.J.Schreiber and F.Tonisch, TESLA-FEL 2003-04, April 2003 * |
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