Σύστημα Δημιουργίας Και Διαχείρισης Σήματος Rf Για Τις Κοιλότητες Των 200 Μηz Στον Proton Synchrotron, Στο Cern

Abstract

Οι ηλεκτρομαγνητικές κοιλότητες των 200 MHz του Πρωτονιακού επιταχυντή (Proton Synchrotron -PS) του CERN χρησιμοποιούνται σήμερα για την διαμόρφωση μιας δομής 5 ns στην διαμήκη περιβάλλουσα της δέσμης, καθώς και για το blow-up της διαμήκους εκπεμψιμότητας (longitudinal emittance blow-up) πριν την έξοδο της δέσμης προς άλλα κομμάτια του συμπλέγματος επιταχυντών. Για αυτό το διαμήκες blow-up, πρέπει να παραχθεί ένα φασικά διαμορφωμένο RF σήμα στον 458 αρμονικό αριθμό της συχνότητας περιφοράς (revolution frequency - frev). Μέχρι σήμερα, αυτό συνέβαινε με ένα ημιψηφιακό σύστημα βασισμένο σε έναν αναλογικό πολλαπλασιαστή συχνοτήτων και έναν γρήγορο φασικό διαμορφωτή. Το ημιψηφιακό σύστημα εμφάνιζε προβλήματα αξιοπιστίας και ακρίβειας και αδυνατούσε να λειτουργήσει με δέσμη ιόντων, ενώ η φασική διαμόρφωση και ο τρόπος με τον οποίο συνέβαινε δημιουργούσε παρασιτικές αρμονικές στο φάσμα, οι οποίες αλληλεπιδρούσαν με τις κοιλότητες. Το πρώτο πρόβλημα που λύνεται είναι η κάλυψη μεγαλύτερου εύρους συχνοτήτων περιφοράς και αρμονικών αριθμών, οι οποίοι χρειάζονται για την λειτουργία με ιόντα, με έναν καινούργιο αλγόριθμο που επιτρέπει αυτό να γίνεται εντελώς ψηφιακά. Επιπλέον, το ζήτημα της φασικής διαμόρφωσης επιλύεται, επίσης με καινούριους αλγόριθμους, οι οποίοι μάλιστα επιτρέπουν περεταίρω απλοποίηση του συστήματος από φίλτρα και ηλεκτρονικά. Η νέα οντότητα επιτρέπει την ενοποίηση ακόμα περισσότερων λειτουργιών, καθώς περιλαμβάνει επιπλέον ηλεκτρονική και λογική χωρητικότητα.Λειτουργικά, οι μόνες είσοδοι είναι η ψηφιοποιημένη συχνότητα περιφοράς όπως λαμβάνεται από τον επιταχυντή και μια προγραμματισμένη λέξη που παράγεται κεντρικά και αφορά είτε την φάση καθεαυτή, είτε κατευθυντήρια διανύσματα για την δημιουργία της. Οι έξοδοι είναι το φασικά διαμορφωμένο ψηφιακό σήμα στην περιοχή των 200 MHz, πλέον έτοιμο να ενισχυθεί στο ύψος των 7,5 kV περίπου και να οδηγηθεί στις κοιλότητες, ένα αναλογικό σήμα τάσης ανάλογο προς την διαφορά της συχνότητας εξόδου από την συχνότητα συντονισμού των κοιλοτήτων (199.948 MHz) που οδηγείται προς ενίσχυση για να χρησιμοποιηθεί στα μαγνητικά δίπολα για την ρύθμιση της ακτινικής στρέψης, και ένα επίσης αναλογικό σήμα που αφορά την τεχνική παρατήρηση του σήματος διαμόρφωσης φάσης.