《粒子加速器中複雜靜力水準系統精度的理論與驗證研究》是依託中國科學技術大學，由何曉業擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：粒子加速器中複雜靜力水準系統精度的理論與驗證研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何曉業
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目對粒子加速器中使用的複雜結構的靜力水準系統（HLS）的精度研究，包括對影響HLS精度的客觀因素的理論研究和新型實驗方法的研究。運用物理學、地球科學和數學相關理論，對特定區域和特定環境中的HLS從理論上提出一套新型的影響HLS系統精度、以相關因素為變數的數學或物理模型（簡稱精度模型），並進行模擬計算和結果分析；研究新型實驗方法，利用現有的HLS感測器建立精度驗證系統，並運用新型的驗證方法實施驗證實驗。通過這個研究過程可以總結出一套完整的、準確的、針對不同區域和環境中的HLS的各種影響其精度的因素的精度模型的建立方法，並能夠有針對性地、高效地建立一套驗證系統，通過實驗確定系統的精度補償因子。這種方法套用於加速器中的高精度的靜力水準系統的研究具有重要意義，它可以解決粒子加速器中複雜的HLS系統精度難以確定、難以補償的難題。這些理論和技術可以廣泛套用於加速器裝置和未來新光源的裝置中。
結題摘要
靜力水準系統(Hydrostatic leveling system,下面簡稱HLS)根據相連的缽體中液體總是相同勢能的水平原理，測量和監測觀測點之間的高程變化量，它以很高的測量精度在精密工程測量領域得到廣泛套用。尤其在精密工程測量如粒子加速器準直測量中套用最為普遍，國際上大部分粒子加速器的準直測量工作中均用到了靜力水準系統。 粒子加速器在鉛垂方向的位移變化是影響加速器正常運行的主要形變，因此利用HLS對粒子加速器中各重要元部件的沉降變化進行監測是必要的。隨著加速器新理論和技術的發展，三代光源加速器不斷出現，尤其以自由電子雷射裝置為代表的第四代光源的加速器工程對準直精度的要求越來越高，即對鉛垂方向的監測精度也越來越高，甚至在大距離的監測點之間的監測精度要求達到微米精度，因此僅僅單方面靠提高HLS感測器的精度是不可行的。 本項目要研究了影響HLS測量精度的因素，並對這些影響因素進行了深入的理論分析及實例研究，進而提出了剔除這一系列影響因素的方法：首先，靜力水準系統的工作媒介是液體，溫度不均勻變化必然引起液體密度的變化，也就使液體體積發生變化，必然影響系統的測量精度。其次，地球是個受各種力作用的複雜運動星體，地球上任意一點不僅僅受到重力的作用，還受到日月等天體的引潮力的作用。地球在引潮力作用下，固體地球會發生周期性的形變，傾斜固體潮周期性的在HLS讀數中呈現，所以在高精度大地測量尤其是高精度粒子加速器準直測量中，固體潮的影響不可忽視。此外，地面振動、壓力等因素都會在一定程度上對HLS測量產生影響。因此首先需要對HLS數據進行預處理，對HLS數據進行溫度補償，將相關的干擾因素影響量去除掉，再對數據進行調和分析，得到當地的潮波模型，進而可以對HLS讀數中包含的傾斜固體潮部分進行潮汐改正以得到更高的監測精度。 最後將調和分析結果和涇縣地震台內用於地震和地面形變監測的DSQ型水管傾斜儀數據調和分析結果進行比對，得出兩者的計算結果吻合，從根本上驗證了使用靜力水準系統在進行高精度粒子加速器準直工作中，可以通過HLS監測數據得出當地的潮波模型，將潮汐的影響部分精確去除掉，從而達到預期的HLS微米級精度修正目標。 上述工作的完成為靜力水準系統在已經建成的以及即將開始建設的高精度 (微米量級)加速器準直測量中的套用奠定基礎。
