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第1章 总论1

1.1 科学目标1

1.1.1 北京正负电子对撞机及其物理成果2

1.1.2 中国高能物理发展战略2

1.1.3 科学意义及目标3

1.2 从BEPC到BEPCII4

1.2.1 BEPC概述4

1.2.2 从单环单束团到单环多束团对撞9

1.2.3 从单环多束团到双环多束团对撞11

1.2.4 BEPCII的挑战14

1.3 BESIII探测器概述15

1.3.1 总体设计15

1.3.2 漂移室17

1.3.3 飞行时间探测器19

1.3.4 电磁量能器22

1.3.5 μ子鉴别器24

1.3.6 超导磁体系统25

1.4 工程实施28

1.4.1 工程进展28

1.4.2 工程管理31

1.4.3 技术特点和创新34

第2章 注入器改造37

2.1 概述37

2.1.1 前言37

2.1.2 BEPC直线加速器改进目标与措施39

2.1.3 项目实施概况43

2.2 直线加速器物理设计和研究44

2.2.1 电子枪出口束流参数的选择和模拟计算44

2.2.2 束流光路的优化设计和模拟计算46

2.2.3 正电子产生靶上初级电子束的最小束斑尺寸研究50

2.2.4 微波功率幅度和相位误差的影响53

2.2.5 束流轨道校正的物理设计研究53

2.2.6 束流发射度测量的物理研究和测量装置的改造56

2.2.7 直线加速器物理设计和研究小结57

2.3 电子枪57

2.3.1 概述57

2.3.2 枪体的计算机模拟58

2.3.3 脉冲产生系统61

2.3.4 脉冲高压电源61

2.4 正电子源63

2.4.1 改进介绍63

2.4.2 正电子源物理设计64

2.4.3 正电子源工程设计和制造70

2.5 微波功率源改造78

2.5.1 概述78

2.5.2 大功率速调管78

2.5.3 脉冲调制器升级改造80

2.6 微波部件改进87

2.6.1 新加速管的设计87

2.6.2 聚束系统的改进88

2.6.3 微波大功率超高真空波导阀门90

2.6.4 高功率SiC型干负载90

2.6.5 次谐波聚束系统92

2.6.6 高功率波导系统及微波测量和相长度的调配98

2.6.7 微波监控系统99

2.7 相位控制101

2.7.1 概述101

2.7.2 相控系统采取的技术路线102

2.7.3 相控系统框架结构102

2.7.4 相控系统的组成和关键部件105

2.8 真空系统改进111

2.8.1 概述111

2.8.2 各区段真空的改进111

2.8.3 真空测量的改进112

2.8.4 真空区段阀联锁保护的改进112

2.8.5 大功率波导阀真空系统的改进114

2.8.6 正电子源真空部件的处理和高真空获得115

2.9 控制系统改进117

2.9.1 概述117

2.9.2 计算机系统及网络118

2.9.3 前端控制设备119

2.9.4 控制系统软件与数据库应用122

2.10 束流测量系统改进127

2.10.1 改进目的和改进内容127

2.10.2 流强测量系统的改进127

2.10.3 束流位置探测器（BPM）131

2.10.4 束流截面测量136

2.10.5 打靶电子束流截面测量系统137

2.10.6 束流性能测量138

2.10.7 束测系统特点和创新点141

2.11 直线加速器调束和测试141

2.11.1 束流调试过程中的主要问题和解决措施141

2.11.2 直线加速器改造工艺测试143

第3章 磁聚焦结构设计150

3.1 概述150

3.2 几何设计151

3.2.1 射频频率的选择151

3.2.2 对撞区的几何设计151

3.2.3 射频区的几何设计152

3.2.4 弧区的几何设计153

3.2.5 总体设计153

3.3 对撞模式磁聚焦结构设计154

3.3.1 BEPC的磁聚焦结构154

3.3.2 BEPCII磁聚焦结构的设计155

3.3.3 误差效应及闭轨校正158

3.3.4 色品校正和动力学孔径164

3.4 同步辐射专用模式168

3.4.1 磁聚焦结构布局168

3.4.2 模式的设计和主要性能169

3.4.3 色品校正和动力学孔径170

3.4.4 插入件的影响173

3.5 束流注入174

3.5.1 注入概述174

3.5.2 注入组件176

3.5.3 注入点参数及注入孔径要求177

3.5.4 注入跟踪模拟178

3.5.5 注入时克服寄生束束作用所需分离量估算179

3.6 备用方案180

3.6.1 轨道设计180

3.6.2 同步辐射模式的Lattice设计181

3.6.3 正、负电子环的初调方案的磁聚焦结构设计182

3.7 特点与创新184

第4章 阻抗和束流不稳定性186

4.1 概述186

4.2 阻抗186

4.2.1 阻抗计算189

4.2.2 真空部件工程设计中的阻抗控制196

4.2.3 真空部件阻抗实验室测量197

4.2.4 基于束流的阻抗测量199

4.3 束流集体效应204

4.3.1 单束团集体效应205

4.3.2 耦合束团不稳定性207

4.3.3 离子效应212

4.3.4 光电子效应214

4.3.5 对束流反馈系统的要求223

4.3.6 束流寿命224

4.3.7 最佳取数时间与平均亮度229

4.3.8 小结231

4.4 束束相互作用232

4.4.1 设计阶段的弱强模拟研究234

4.4.2 强强模拟和实际性能分析237

4.4.3 可能的性能提高途径241

第5章 射频系统245

5.1 概述245

5.2 超导加速腔248

5.2.1 技术要求和解决方案248

5.2.2 超导腔设计250

5.2.3 主体部件251

5.2.4 配套设备251

5.2.5 安装测试条件的建立252

5.2.6 整体组装252

5.2.7 测试验收252

5.2.8 隧道安装254

5.3 功率源255

5.3.1 方案选择255

5.3.2 技术指标和要求256

5.3.3 功率馈送部分258

5.3.4 配套设施改造与重建259

5.3.5 现场安装261

5.3.6 测试验收262

5.3.7 小结263

5.4 低电平控制264

5.4.1 反馈控制265

5.4.2 安全联锁及快速保护267

5.4.3 本地控制267

5.5 系统集成及联调268

5.5.1 系统总体布局268

5.5.2 系统集成和联调268

5.6 小结270

第6章 注入系统272

6.1 概述272

6.2 冲击磁铁的设计和研制273

6.2.1 方案选择273

6.2.2 冲击磁铁的设计275

6.2.3 冲击磁铁的研制278

6.2.4 冲击磁铁的测试280

6.3 注入冲击磁铁电源的设计和研制283

6.3.1 脉冲电源的线路设计283

6.3.2 脉冲电源的结构设计289

6.4 注入系统集成和联调290

6.4.1 系统集成290

6.4.2 系统联调291

6.5 特点与创新293

6.5.1 冲击磁铁的特点与创新293

6.5.2 脉冲电源的特点与创新293

第7章 磁铁系统296

7.1 概述296

7.2 偏转磁铁297

7.2.1 偏转磁铁的物理设计298

7.2.2 偏转磁铁的样机制造303

7.2.3 偏转磁铁的批量生产与磁场测量305

7.3 四极磁铁310

7.3.1 四极磁铁的物理设计311

7.3.2 四极磁铁的样机制造314

7.3.3 老四极磁铁的线圈改造316

7.3.4 斜四极磁铁的物理设计318

7.3.5 同步辐射专用模式四极磁铁设计320

7.3.6 四极磁铁的批量生产与磁场测量322

7.4 六极磁铁326

7.4.1 六极磁铁的物理设计327

7.4.2 六极磁铁的样机制造328

7.4.3 六极磁铁的批量生产与磁场测量331

7.5 校正磁铁333

7.5.1 校正磁铁的物理设计333

7.5.2 校正磁铁的样机制造336

7.5.3 高频区特殊校正磁铁设计336

7.5.4 校正磁铁的批量生产与磁场测量341

7.6 特点与创新343

第8章 磁铁电源系统345

8.1 概述345

8.1.1 电源系统概况346

8.1.2 电源设计依据346

8.1.3 电源设计原则347

8.2 偏转磁铁（B铁）电源347

8.2.1 设计方案347

8.2.2 工作原理347

8.2.3 电源额定输出值349

8.3 四、六极磁铁电源349

8.3.1 设计方案349

8.3.2 工作原理350

8.3.3 电源额定输出值352

8.3.4 直流电压源352

8.4 校正磁铁电源353

8.4.1 设计方案353

8.4.2 工作原理353

8.4.3 电源额定输出值354

8.5 对撞区超导磁体电源及超导绕组失超保护系统354

8.5.1 设计方案354

8.5.2 工作原理355

8.5.3 电源额定输出值357

8.6 对撞区特种磁铁电源及磁铁绕组温度快速保护系统357

8.6.1 设计方案357

8.6.2 工作原理357

8.6.3 电源额定输出值357

8.6.4 对撞区特种磁铁绕组温度快速保护系统原理359

8.7 电流稳定度在线巡回检测系统359

8.7.1 设计方案359

8.7.2 工作原理360

8.8 磁铁温度保护系统361

8.8.1 设计方案361

8.8.2 工作原理361

8.9 磁铁电源安装与调试362

8.9.1 设备安装362

8.9.2 设备调试362

8.10 特点与创新363

第9章 真空系统365

9.1 概述365

9.1.1 真空系统基本要求365

9.1.2 真空系统特点366

9.1.3 总体布局和主要参数366

9.2 同步辐射功率与气载367

9.2.1 同步辐射功率367

9.2.2 同步辐射气载368

9.3 真空盒369

9.3.1 真空盒材料369

9.3.2 真空盒形状370

9.3.3 真空性能测试370

9.4 正电子真空盒内壁镀氮化钛373

9.4.1 镀膜实验系统建立373

9.4.2 样机镀膜和工程应用375

9.5 RF屏蔽波纹管组件377

9.5.1 样机研制379

9.5.2 批量生产380

9.6 光子吸收器381

9.6.1 设计和计算381

9.6.2 样机加工和批量生产382

9.7 真空获得和测量383

9.7.1 弧区压强分布计算384

9.7.2 真空获得设备384

9.7.3 真空测量和控制387

9.8 对撞区真空系统388

9.8.1 真空设备布局388

9.8.2 压强分布计算389

9.9 真空系统安装和调试390

9.9.1 真空安装程序390

9.9.2 真空调试392

9.10 真空系统动态性能393

9.10.1 动态压强393

9.10.2 真空部件运行状况395

9.11 特点与创新395

第10章 控制系统398

10.1 概述398

10.1.1 控制系统的功能398

10.1.2 控制系统的任务399

10.1.3 控制系统的研制开发400

10.1.4 控制系统的安装调试401

10.2 控制系统的体系结构402

10.2.1 硬件体系结构402

10.2.2 软件体系结构403

10.2.3 软件工程管理和质量保证405

10.3 磁铁电源控制系统407

10.3.1 控制任务和功能407

10.3.2 技术指标408

10.3.3 系统建造408

10.3.4 系统安装调试416

10.3.5 系统运行417

10.4 真空控制系统418

10.4.1 控制任务418

10.4.2 控制内容及性能指标418

10.4.3 系统架构和工作原理419

10.4.4 信号和数据流422

10.4.5 系统安装调试及运行423

10.5 高频控制系统426

10.5.1 控制功能426

10.5.2 本地控制426

10.5.3 中央控制429

10.6 低温控制系统430

10.6.1 控制任务430

10.6.2 系统结构和工作原理430

10.6.3 数据库设计432

10.6.4 联锁保护设计433

10.6.5 温度监测仪表的数据通信433

10.6.6 系统调试运行434

10.7 束测控制系统435

10.7.1 虚拟机的建立436

10.7.2 平均流强和束流寿命监测436

10.7.3 束流闭轨显示437

10.8 机械运动控制系统438

10.8.1 束流挡块控制438

10.8.2 扭摆磁铁控制440

10.9 中央安全联锁系统442

10.9.1 系统要求442

10.9.2 系统设计442

10.9.3 系统概述443

10.9.4 系统运行和总结448

10.10 定时系统448

10.10.1 系统的功能448

10.10.2 系统的技术指标449

10.10.3 系统的结构和组成450

10.10.4 系统的建造和调试456

10.11 调束软件458

10.11.1 开发环境的建立458

10.11.2 调束软件总菜单459

10.11.3 调束软件虚拟机461

10.11.4 带束流调试462

10.12 数据库系统462

10.12.1 数据获取463

10.12.2 数据查询463

10.12.3 系统运行状况465

10.13 中央计算机系统467

10.13.1 双机热备系统467

10.13.2 Archiver服务器系统469

10.13.3 系统运行470

10.14 网络系统471

10.14.1 网络设计目标471

10.14.2 拓扑结构471

10.14.3 网络管理472

10.14.4 网络运行474

10.15 中央控制室475

10.15.1 整体布局设计475

10.15.2 控制台和显示墙475

10.16 特点与创新477

第11章 束流测量系统479

11.1 概述479

11.2 技术指标及探测器布局480

11.3 束流位置测量（BPM）系统481

11.3.1 系统结构布局482

11.3.2 探头482

11.3.3 测量电子学484

11.3.4 测量结果489

11.4 束团流强测量（BCM）系统489

11.4.1 物理参数和要求490

11.4.2 信号检测频率选择490

11.4.3 系统硬件490

11.4.4 系统软件492

11.4.5 系统时间估算492

11.4.6 测量结果493

11.5 同步光测量（SLM）系统494

11.5.1 系统功能及要求494

11.5.2 系统设计494

11.5.3 束团尺寸测量499

11.5.4 测量结果503

11.6 束流损失测量（BLM）系统503

11.6.1 束流损失机制504

11.6.2 PIN光二极管504

11.6.3 闪烁体／光电倍增管507

11.7 工作点（Tune）测量系统508

11.7.1 测量单元508

11.7.2 激励单元509

11.7.3 测量结果510

11.8 直流电流变压器（DCCT）系统512

11.8.1 工作原理512

11.8.2 系统性能指标512

11.8.3 探测器工艺513

11.8.4 数据获取系统513

11.8.5 测量结果514

11.9 束流横向反馈（TFB）系统515

11.9.1 系统设计依据的参数515

11.9.2 主要参数确定516

11.9.3 系统组成517

11.9.4 系统技术指标521

11.9.5 系统测量及运行结果522

11.10 束流纵向反馈（LFB）系统524

11.10.1 主要参数确定524

11.10.2 系统组成524

11.10.3 参数汇总528

11.10.4 系统运行结果528

11.11 特点与创新529

第12章 对撞区系统531

12.1 概述531

12.2 对撞区物理设计533

12.2.1 对撞区周边设备533

12.2.2 对撞区束流轨道设计534

12.2.3 对撞区磁铁物理设计534

12.2.4 束流清晰区538

12.3 超导磁体的研制538

12.3.1 反螺线管540

12.3.2 四极磁体（SCQ）和二极磁体（SCB）540

12.3.3 校正磁体542

12.3.4 超导磁体线圈在探测器磁场下的受力543

12.3.5 低温恒温器机械结构543

12.3.6 超导磁体磁场测量545

12.4 切割型二极磁铁的研制548

12.4.1 磁铁设计参数549

12.4.2 磁场质量要求549

12.4.3 磁铁结构551

12.4.4 磁场计算552

12.5 切割型双孔径四极磁铁的研制555

12.5.1 Q1a磁铁555

12.5.2 Q1b磁铁568

12.6 窄四极磁铁的研制578

12.7 对撞区真空盒的研制582

12.8 对撞区设备的安装586

12.8.1 超导磁体的安装586

12.8.2 真空盒和特种磁铁的安装588

12.8.3 零角度亮度探测器的安装591

12.9 对撞区设备的振动测量591

12.10 对撞区设备的运行592

12.11 特点与创新593

第13章 机械及准直系统595

13.1 概述595

13.2 储存环标准单元支架597

13.2.1 单元支架的技术要求597

13.2.2 单元支架的设计600

13.2.3 单元支架上磁铁的定位机构603

13.2.4 单元支架上真空盒的支撑604

13.2.5 预安装准直604

13.2.6 隧道设备安装就位605

13.3 储存环挡块608

13.3.1 储存环挡块物理要求608

13.3.2 挡块的制造611

13.4 储存环准直测量616

13.4.1 储存环磁铁标定预准直616

13.4.2 控制网620

13.4.3 储存环设备准直626

13.4.4 束流轨道周长测量627

13.4.5 对撞区设备准直628

13.5 特点与创新633

第14章 低温系统635

14.1 低温技术基础635

14.1.1 制冷与低温的获得方法635

14.1.2 低温传热和绝热636

14.2 BEPCII低温系统概述639

14.3 热负荷及制冷量640

14.3.1 超导腔低温系统热负荷及制冷量640

14.3.2 超导磁体低温系统热负荷及制冷量642

14.4 系统流程648

14.4.1 超导腔低温系统流程648

14.4.2 超导磁体低温系统流程649

14.5 制冷机及其控制650

14.5.1 制冷机介绍650

14.5.2 制冷机及其主要设备的技术参数650

14.5.3 制冷机的控制逻辑652

14.6 低温工质的传输与分配654

14.6.1 超导磁体系统低温工质的传输与分配654

14.6.2 超导腔系统低温工质的传输与分配660

14.7 气冷电流引线663

14.7.1 SSM及SIM磁体气冷电流引线的设计参数663

14.7.2 气冷电流引线的结构667

14.8 常温区大型设施669

14.8.1 低温大厅669

14.8.2 储气罐区672

14.9 低温控制673

14.9.1 总体布局及PLC系统模块配置675

14.9.2 测量与控制676

14.9.3 超导设备的保护678

14.10 氮系统679

14.10.1 氮系统的组成与功能679

14.10.2 氮系统的工作流程680

14.11 低温系统调试及运行682

14.11.1 低温系统的调试682

14.11.2 低温系统的运行与典型故障分析683

14.12 特点与创新689

第15章 辐射防护系统691

15.1 防护设计标准和辐射区域的划分691

15.1.1 防护设计标准691

15.1.2 辐射区域的划分691

15.2 辐射源与辐射屏蔽693

15.2.1 辐射源项分析693

15.2.2 束流损失分析698

15.2.3 BEPCII主体的屏蔽计算700

15.2.4 BEPCII主体屏蔽设计705

15.3 人身安全联锁系统708

15.3.1 BEPC人身安全联锁系统介绍及问题分析708

15.3.2 BEPCII人身安全联锁系统设计710

15.4 感生放射性和有害气体714

15.4.1 感生放射性714

15.4.2 有害气体721

15.5 辐射对环境的影响722

15.5.1 天空反散射722

15.5.2 三废的产生和排放723

15.5.3 固态废物的产生和管理724

15.6 辐射监测724

15.6.1 个人剂量监测724

15.6.2 工作场所剂量监测726

15.6.3 环境剂量监测730

15.6.4 水、气流出物监测731

15.6.5 BEPCII环境样品活度监测732

第16章 通用设施734

16.1 概述734

16.2 供电系统734

16.2.1 概述734

16.2.2 变电站的设置735

16.2.3 负荷计算735

16.2.4 供电方案735

16.2.5 变电站电力监测系统737

16.3 工艺水冷系统738

16.3.1 概述738

16.3.2 设计参数739

16.3.3 一次水系统设计739

16.3.4 二次水系统744

16.3.5 设备、材料的选择746

16.3.6 纯水制备748

16.3.7 水冷监控系统750

16.4 通风空调系统753

16.4.1 概述753

16.4.2 空调系统冷源及水系统753

16.4.3 通风空调设计参数754

16.4.4 主要空间通风空调系统设计754

16.4.5 空调系统自动控制758

16.4.6 空调系统调试运行情况758

16.5 压缩空气系统759

16.5.1 压缩空气用途、供气参数及品质要求759

16.5.2 压缩空气系统设计759

16.5.3 安装调试及运行情况760

16.6 缆温系统761

16.6.1 线型定温火灾探测器761

16.6.2 BEPCII缆温系统762

16.7 火灾自动报警系统763

16.7.1 火灾自动报警系统简介763

16.7.2 火灾探测原理764

16.7.3 BEPCII火灾自动报警系统766

16.8 地网和接地769

16.8.1 BEPCII地网和接地建设目标769

16.8.2 BEPCII地网和接地工程任务概述769

16.8.3 BEPCII接地工程设计769

16.8.4 BEPCII接地系统特点和运行性能评价773

第17章 调束和运行774

17.1 第一阶段调束774

17.1.1 第一阶段同步辐射模式调束776

17.1.2 第一阶段对撞模式调束778

17.1.3 第一阶段调束和运行小结782

17.2 第二阶段调束782

17.2.1 第二阶段同步辐射模式调束和运行783

17.2.2 第二阶段对撞模式调束784

17.2.3 亮度优化788

17.2.4 第二阶段调束和运行小结791

17.2.5 第二阶段调束主要里程碑792

17.3 第三阶段调束792

17.3.1 第三阶段调束概述792

17.3.2 第三阶段对撞模式调束进展概述794

17.3.3 第三阶段调束束流性能调试798

17.3.4 对撞调节和亮度优化799

17.3.5 高流强效应807

17.3.6 第三阶段同步辐射模式运行808

17.3.7 调束、运行中出现的问题及解决810

17.3.8 储存环调束总结811

17.4 工艺测试和鉴定验收811

17.4.1 工艺测试811

17.4.2 工艺鉴定819

17.4.3 工艺验收820

17.5 BEPCII运行822

17.5.1 高能物理实验运行823

17.5.2 同步辐射供光运行831

17.5.3 硬件改造和机器研究835

17.6 未来与展望842

附录848

本书中涉及的非法定计量单位与法定计量单位的换算关系848

缩略语表849

索引856

后记863