Инжекционная система

    Эффективность создаваемого нового ускорительного комплекса ВЭПП-2000 с электрон-позитронными встречными пучками в значительной мере определяется надежностью функционирования инжекционной части комплекса, включающего в себя линейный ускоритель ИЛУ, импульсный синхротрон Б3М, конверсионную систему производства позитронов и промежуточный бустерный накопитель БЭП.

    Инжекция пучков в накопитель на полной энергии планирутся в горизонтальной плоскости в длинном промежутке напротив резонатора (Рис. 1).




Рисунок 1 Схема инжекционных каналов ВЭПП-2000

    Инжекционная система представляет собой однооборотную инжекцию с предударом накопленного пучка. Два кикера бущей волны расположены в вакуумной камере внутри двух поворотных магнитов по обе стороны инжекционного промежутка.

    Прохождение инжектированного пучка через нелинейное поле кикера моделировалось комбинацией мультиполей, затем инжектированный пучок проверялся на устойчивость в структуре ВЭПП-2000 с помощью трекинга. В результате такой процедуры мы получаем акцептанс (рис. 2) накопителя в месте впуска равный 5.5 см·мрад.


Рисунок 2 Акцептанс ВЭПП-2000. Закрашенный эллипс показывает пучок из БЭП. Красная кривая представляет нелинейный акцептанс

    Из-за недостатка пространства впускной промежуток разбит на два магнита: с низким полем (2 Т) септум и с большим полем (3 Т) дополнительный магнит. Оба магнита сконструированы по коаксиальной схеме с ламинированным ярмом. На Рисунках 5 и 6 показаны магнитные поля и градиенты обоих магнитов, их основные параметры представлены в Таблице 1.


Рисунок 3 Инжекционный промежуток


Рисунок 4 Конструкция септума и дополнительного магнита


Рисунок 5 Магнитное поле септума (синяя кривая) и дополнительног магнита (красная кривая)


Рисунок 6 Градиенты септума (синяя кривая) и дополнительного магнита (красная кривая)

Таблица 1 Основные параметры впускных магнитов
Параметр Дополнительный магнит
Септум
Радиус 100 см 151 см
Угол поворота 17.5° 12.5°
Поле 3 Т 2 Т
Ток 54 кА 38 кА
Индуктивность 0.14 µГн 0.12 µГн

    В первой половине 2006 года состоялся успешный запуск инжекционной части комплекса ВЭПП-2000. Ниже приводятся основные результаты этого запуска.

Запуск линейного ускорителя фор-инжектора ИЛУ с энергией электронов 2.1 МэВ и током ускоренных электронов до 4 А

    Проведена глубокая модернизация всей управляющей электроники и программного обеспечения комплекса ВЭПП-2000. Силовая электроника высокочастотного генератора ИЛУ также подверглась серьезным изменениям. Весь этот комплекс мер позволил повысить надежность работы комплекса, что подтвердилось в ходе более чем полугодовой пробной эксплуатации всех обсуждаемых ниже систем.

    Проектные параметры линейного ускорителя ИЛУ были достигнуты. А именно: электроны были ускорены до энергии 2.1 МэВ,  ток в импульсе длиной 40 нсек составил до 4 А. На Рисунке 7 приводится осциллограмма с пояса Роговского установленного в канале  ИЛУ–Б3М.


Рисунок 7 Осциллограмма с пояса Роговского в канале ИЛУ-Б3М. Чувствительность пояса 1В/1А.
Первый канал осциллографа (синий цвет) – сигнал с пояса в канале, второй – сигнал первых оборотов в Б3М.


Отладка систем диагностики электронного пучка в канале и в импульсном синхротроне Б3М

    Для проводки пучка в канале ИЛУ-Б3М используются три системы диагностики: пояс Роговского,  вводимый-выводимый пробник-люминофор расположенный на входе последнего поворотного магнита канала IM2, и система из трех вторично-эмиссионных сеточных датчиков. Все перечисленные выше системы показали высокую работоспособность и позволили настроить эффективность проводки пучка близкую к 100%.

Исследование параметров ускоренного пучка электронов в канале ИЛУ–синхротрон Б3М

    Измерения профиля пучка при различных фокусных расстояниях первой импульсной линзы IL1 позволили измерить величину эмиттанса пучка (порядка  1.5·10-3 см·рад) и величину начальной угловой расходимости пучка выпущенного из ИЛУ.  Уменьшение этой расходимости с помощью соленоидальной  линзы IL1 позволило согласовать параметры Твисса пучка с входным акцептансом канала.

    Переворот знака горизонтальной дисперсии частиц по энергии перед впуском их в синхротрон Б3М осуществлено с использованием длинного согласующего соленоида. Данный соленоид реализует так называемую минус-единичную транспортную матрицу по обоим поперечным направлениям, что позволяет перевернуть знак дисперсии при прохождении через соленоид. Согласование дисперсии пучка с требуемой ее величиной для оптимальной инжекции в синхротрон Б3М также производилось с использованием вторично-эмиссионных датчиков.

Настройка режима инжекции пучка в синхротрон Б3М

    Оптимизация режима инжекции пучка в синхротрон Б3М включала в себя согласование поперечных фазовых объемов пучка с акцептансом синхротрона, подбор амплитуды и времени срабатывания импульса киккера, коррекцию дипольных искажений орбиты, подбор оптимальных с точки зрения динамической апертуры значений частот бетатронных колебаний и многое, многое другое. Необходимо было, в частности, подбором величины дополнительной индуктивности в цепи питания бетатронного сердечника обеспечить правильное соотношение между темпом ускорения и скоростью роста ведущего магнитного поля. Все эти и другие задачи были успешно решены, что позволило достигнуть уровня захвата электронного пучка около 2 А на начальном этапе ускорения.

Отладка режимов бетатронного и синхротронного ускорения в синхротроне Б3М

    На Рисунке 8 представлена типичная осциллограмма бетатронного ускорения пучка в синхротроне Б3М. Одному Амперу среднего тока соответствует один Вольт сигнала с электронного датчика тока. Длительность цикла бетатронного ускорения равна примерно 160-200 мкс и определяется в основном длительностью “полочки” в импульсе “ступеньки”.


Рисунок 8 Осциллограмма бетатронного ускорения пучка в синхротроне Б3М

    Одной из самых сложных задач была оптимизация переходного процесса от режима бетатронного ускорения к синхротронному. Здесь, конечно, неизбежно происходит потеря части пучка не захваченного в ВЧ-сепаратрису, но тем не менее необходимо было так настроить режим включения ВЧ, чтобы свести эти потери к минимуму. Специально разработанный для этих целей микропроцессорный блок управления амплитудой ВЧ позволил весьма гибко и тонко управлять формой высокочастотного импульса, меняя величину ускоряющего напряжения в резонаторе в пределах от 2 кВ вначале цикла ускорения до 25 кВ в середине цикла. Кроме того, в конце ускорения осуществляется глубокая модуляция частоты ускоряющего напряжения, что позволяет завести пучок в щель выпускного киккера.

    В процессе настройки режимов выпуска пучка из Б3М выявилась необходимость в использовании динамической коррекции радиальной орбиты непосредственно перед выпуском пучка из синхротрона. Для этой цели были созданы два ортогональных специальных импульсных корректора,  R1V и R2V, создающих первую гармонику ведущего магнитного поля. Каждый из этих корректоров создает одновременно положительное и отрицательное возмущение поля в двух противоположных квадрантах Б3М.

    Была также изготовлена специальная система подавления когерентных синхротронных колебаний пучка. Она позволила гибко подбирать фазовые задержки в шестнадцати временных интервалах цикла ускорения. Это позволило значительно поднять стабильность как самого процесса синхротронного ускорения так и стабилизировать ток и положение выпущенного пучка.


Рисунок 9 Осциллограмма начального этапа синхротронного ускорения пучка в синхротроне Б3М.
Синий луч показывает форму включения ВЧ-напряжения на резонаторе

Настройка режимов захвата пучков электронов и позитронов в бустерный накопитель БЭП

    Магнитная система БЭП обладает 12-кратной симметрией, что позволяет в широких пределах менять положение рабочей точки на частотной диаграмме. Выбранные значения частот бетатронных колебаний: Qx=3.43, Qz=2.7 оптимальны с точки зрения минимальности смещения положения рабочей точки при подъеме тока в основных обмотках магнитов и линз накопителя (соединенных последовательно и питаемых током до 10 кА). Эксперименты по подъему энергии показали, что при начальной установке частот Qx=3.43, Qz=3.2 (так же хороших по захвату и накоплению пучка) рабочая точка при увеличении тока в обмотках смещается вниз в направление к целому резонансу Qz=3.0. Это происходит вследствие опережающего насыщения семейства D-линз по сравнению с дипольными магнитами и F-линзами. Поэтому было принято решение перестроить фокусирующую структуру накопителя таким образом чтобы минимизировать требуемые токи в корректирующих обмотках линз при работе на максимальных энергиях.

    Положение Qx вблизи полуцелого резонанса облегчает решение проблемы организации так называемого "предудара", требующегося для увеличения амплитуды "удара", осуществляющего посадку на равновесную орбиту имеющего большой поперечный размер позитронного сгустка.    В принятой нами схеме многократного накопления позитронного пучка "предудар" и "удар" воздействуют на уже циркулирующий накопленный пучок последовательно через один оборот, в то время как впущенная порция позитронов подвергается лишь однократному воздействию "удара". При работе вблизи полуцелого резонанса происходит почти полное гашение эффекта от удара предударом.

    На Рисунке 10 представлена осциллограмма, демонстрирующая наблюдение захвата электронного пучка в бустерный накопитель БЭП.


Рисунок 10 Сигнал фотоумножителя регистрирующего захват электронов в накопитель БЭП.
Нарастание сигнала связано с улучшением светосбора по мере затухания амплитуды поперечных колебаний пучка

Отладка конверсионной системы работающей с применением литиевых линз

    Конверсионная система комплекса ВЭПП-2000 основана на использовании импульсных литиевых линз, осуществляющих фокусировку электронного пучка на вольфрамовый конвертер и сбор рожденных на конвертере позитронов.

    Энергия электронов 250 МэВ, энергия позитронов 125 МэВ. Толщина конвертера 3 мм, что составляет примерно 0.8 радиационных длины. Угловая расходимость позитронного пучка около 0.1 рад. Длина двух литиевых линз 1.5 см, а диаметр литиевого стержня 5 мм. По литиевым стержням пропускается импульс тока около 100 кА, создающий линейно растущее с  радиусом магнитное поле, достигающее на поверхности стержней амплитуды до 100 кГс. Фокусное расстояние литиевых линз равно по порядку величины около 1.5 см, что позволило сфокусировать падающий на конвертер электронный пучок в пятно с характерным размером около 0.1 мм.


Рисунок 11 Согласующий триплет и блок литиевых линз в канале Б3М–БЭП


Оптимизация режима накопления позитронов в бустере БЭП

    Оптимизация режима захвата позитронов включала в себя прецизионную юстировку короткофокусных литиевых линз, собранных на специальной платформе с электроприводом на перемещение линз во всех направлениях друг относительно друга. Далее по измеряемому с помощью ФЭУ однократному захвату позитронов производилась оптимизация величин градиентов линз согласующего триплета, а также корректировалась траектория впускаемого пучка.


Рисунок 12 Впускной промежуток накопителя БЭП

    Энергетический разброс в собираемом позитронном пучке достигает ±3%. Такой большой разброс потребовал использовать импульсную модуляцию уровня напряжения на высокочастотном резонаторе, работающем в основном на уровне 25 кВ и “подскакивающим” на короткое время (около 0.2 сек) до уровня 60 кВ.  Это было сделано для увеличения энергетического размера ВЧ-сепаратрисы.

    Достигнут интегральный коэффициент конверсии электронов в позитроны на уровне 3·10-4. Это позволило накапливать в БЭП около 100 мкА позитронов за выстрел, что вполне достаточно для достижения проектной светимости коллайдера ВЭПП-2000.

Настройка каналов инжекции электронного и позитронного пучков в кольцо ВЭПП-2000

    Весной 2006 начались работы по проводке электронного и позитронного пучков по каналам БЭП-ВЭПП-2000. Настройка каналов идет успешно, датчики положения пучка уверенно видят пучок. Отношение сигнал/фон при выпущенном токе 30 мА составляет около 1000, что позволяет вести проводку пучков на токах порядка 1 мА.


Рисунок 13 Выпускной участок транспортного канала БЭП-ВЭПП-2000.
Вакуумная камера канала проходит сквозь ярмо основного дипольного магнита БЭП

Диагностика пучков

    Для измерения положения пучка вдоль перепускных каналов используются два типа датчиков: вторично-эмиссионный датчик и датчик тока изображения (Рисунок 14). На рисунках 15 и 16 показаны данные с этих датчиков.


Рисунок 14 Элементы дигностики: датчик тока изображения (красный) и вторично-эмиссионный датчик (в центре)


Рисунок 15 Данные со вторично-эмиссионного датчика


Рисунок 16 Данные с датчика тока изображения

К сожалению, ошибки, сделанные в процессе конструирования и изготовления вторично-эмиссионных датчиков, привели к значительной потере и рассеянию частиц. Вместе с вынужденными ограничениями апертуры в поворотных магнитах канала эффективность передачи пучка из БЭПа в ВЭПП-2000 на энергии 140 МэВ не превышала 10 процентов. Это, конечно, значительно осложнило проводку пучка по каналу транспортировки, но пучок электронов был успешно инжектирован в ВЭПП-2000.

Каждая вакуумная камера содержит охлаждаемое водой треугольное зеркало, которое отражает видимую часть синхротронного ихлучения от обоих пучков. Этот свет выводится наружу черех стеклянное окно к системе оптической диагностики: измерение тока пучка, положения и размеров. В 16 точках по кольцу установлены ПЗС камеры, которые используются для записи координат и размеров пучков. В дополнение к этому есть 4 пикапа в технических промежутках и один измеритель тока пучка.


Рисунок 17 Картинка с монитора размеров пучка и координат, полученная с помощью ПЗС камеры


Сверхроводящие соленоиды

    В настоящее время все соленоиды произведены и собраны в блоки вместе с железным ярмом, баками для житкого гелия и азота и внутренними экранами. Все соленоиды испытаны, достигнуты проектные параметры поля. Два блока соленоидов установлены в промежутке СНД и готовы для окончательного тестирования.


Рисунок 18 Два блока соленоидов установлены на кольце

К настоящему времени произведена окончательная сборка соленоидов с вакуумной системой и танком с жидким гелием. Проверка установленных на кольцо соленоидов показала превышение потребления жидкого гелия в два раза по сравнению с расчетным.

Внутренняя трубы гелиевого объема (50 мм в диаметре) является частью вакуумной камеры накопителя и таким образом используется для криогенной откачки промежутков встречи. Синхротронное излучение из поворотных магнитов принимается азото-охлаждаемым лайнером внутри камеры.

Вакуумная система

Вакуумная откачка экспериментальных промежутков осуществляется внутренней трубой гелиевого объема, расположенной в сверхроводящих соленоидах. В остальных местах вакуумной камеры используется ионная и гетерная откачки для удаления десорбции со стенок камеры под действием СИ. Вакуумная камера из отожженной нержавеющей стали оборудована водо-охлаждаемыми медными приемниками СИ и должна обеспечить вакуум 10-6 Па при токах пучков 2×150 мА.

Первый пучок

Перед запуском всего комплекса ВЭПП-2000 мы восстановили инжекционную часть. Эта работа началась в начале 2006 года и шаг за шагом подготовила все части систем контроля и питания вдоль цепочки ускорителей и инжекционных каналов: 3 МэВ линак ИЛУ, 250 МэВ синхротрон Б-3М, бустерный накопитель БЭП. Процесс подготовки и наладки достиг кольца ВЭПП-2000 к концу года.

Захват пучков в синхротронный режим ускорения

В накопительном кольце ВЭПП-2000 соленоиды являются основными фокусирующими элементами, формирующими требуемый вид огибающих пучка в экспериментальных промежутках. Крейсерский режим оптики β=10 см из-за близости рабочей точки к целым резонансам Qx=4.1, Qz=2.1 характеризуется высокой чувствительностью к положению оптических осей соленоидов. Требуется выставить положение осей симметрии поля с точностью около 0.2 мм. При этом амплитуда искажения замкнутой орбиты в рабочем варианте оптической структуры составит около 3.4 мм (коэффициент усиления по искажениям орбиты равен примерно k=17, диаметр вакуумной камеры равен D=40 мм). Правка вносимых смещениями соленоидов искажений орбиты осложняется непривычной для операторов закруткой орбиты. Освоение такой нестандартной оптики представляется сложной задачей.

Для первоначальной инжекции пучков в кольцо ВЭПП-2000 было предложено использовать вспомогательную фокусирующую структуру с полностью выключенными соленоидами. Такой подход позволяет облегчить ввод в строй основных систем ускорителя (оптические ПЗС-матрицы, пикап-наблюдения, измерения частот колебаний, ВЧ-системы и т.д.), а также провести проверку работоспособности всех инжекционных элементов (септум-магниты, кикеры). С другой стороны промежуточная стартовая оптика позволяет делать пробные включения всех соленоидов по отдельности, в частности, убеждаться в правильности их влияния на кручение искаженной орбиты, а также произвести весьма грубую предварительную механическую юстировку, используя пучок как датчик, чувствующий положение оси соленоида. После правки искажений орбиты имеющимися в распоряжении дипольными корректорами, а при необходимости и путем механической передвижки соленоидных модулей, осуществляется плавный переход к номинальной оптической структуре с рабочей точкой вблизи целого резонанса и малой β-функции в центре экспериментальных промежутков.

Такой подход к первоначальной настройке накопителя на практике оказался очень удобным способом получения циркулирующего тока пучка. По измерению нескольких сотен первых оборотов пучка в режиме с выключенным ВЧ резонатором была измерена частота обращения частиц в магнитном поле накопителя f=12292 кГц, которая с точностью лучше 1 кГц совпала с расчетным значением. В связи с этим не потребовалось дополнительных усилий для захвата частиц при включении ВЧ напряжения на резонаторе. При первом же включении резонатора пучок без потерь интенсивности захватывается в синхротронный режим ускорения.


Рисунок 19 Оптические функции ВЭПП-2000 (без соленоидов)

Эта "мягкая" оптика (Qx=1.2, Qz=2.4) достаточно сильно отличается от структуры с круглым пучком. Но при этом часть структуры в промежутке инжекции близка к проектной. Первый циркулирующий электронный пучок был захвачен на энергии 140 МэВ, а вскоре и на энергии 508 МэВ. На энергии 508 МэВ, которая на то время ограничивалась источником питания основных магнитов, были проверены и откалиброваны системы управления, пучковой диагностики и коррекции.

Измерение параметров захваченного пучка и настройка оптики ВЭПП-2000

После получения устойчивого захвата пучка стало возможным проведение измерений параметров оптической структуры кольца ВЭПП-2000.

Одним из рутинных пунктов изучения оптики кольца стало измерение хроматизма бетатронных частот. Была снята зависимость бетатронных частот от частоты обращения, при выключенных штатных секступольных линзах (Рисунок 20), которая демонстрирует значительное расхождение с расчётным значением натурального хроматизма. Вероятно, это расхождение объясняется тем, что магнитная проницаемость массивной вакуумной камеры в дипольных магнитах отличается от единицы и, как показывают прецизионные измерения, составляет μ=1.005. Конфигурация же вакуумной камеры создаёт слабые нелинейные составляющие магнитного поля, в том числе секступольную. Из-за большой протяжённости магнитов вклад этого неучтённого секступоля в хроматизм частот оказывается заметным. Тем не менее, эта нелинейность, вследствие её малости и распределенности по кольцу, не должна влиять на размер динамической апертуры, а значение хроматизма легко компенсируется штатными секступольными линзами как в режиме настройки оптики, так и в рабочем режиме с круглыми пучками.


Рисунок 20 Измерение хроматизма

Измерение орбиты в коллайдере ВЭПП-2000 осуществляется с помощью двух систем: пикап-станций (по одной на квадрант) и ПЗС-матриц (16 штук, по 8 на электронное/позитронное направление). На Рисунке 17 представлен результат on-line обработки изображений, получаемых с ПЗС-матриц, в виде координат и размеров пучка вдоль структуры коллайдера. Программное обеспечение, созданное для системы ПЗС-матриц, позволяет легко корректировать орбиту с помощью предварительно снятых матриц отклика. Из рисунка видно, что среднее отклонение вдоль орбиты составляет 0.2 мм, а размер хорошо согласуется с расчетными данными.

Когда эффективность захвата достигла 70-80 % было произведено обезгаживание вакуумной камеры синхротронным излучением электронного пучка в обоих направлениях. После нескольких дней тренировок ток пучка достиг 150 мА, а время жизни 1000 с. При этих условиях время жизни малого тока (порядка 1 мА) превышает 10 часов.

Круглый пучок

Работа ВЭПП-2000 без сооленоидов заняла около полугода. Это было связано, в основном, с низким производством жидкого гелия в ИЯФ, которого не достаточно для поддержания непрерывной работы коллайдера ВЭПП-4М и соленоидов на ВЭПП-2000. Только в конце мая 2007 начала работать криогенная система ВЭПП-2000.

После отладки всех основных систем ускорителя в режиме вспомогательной оптической структуры без соленоидов и настройки инжекции в этом режиме на уровне 75%, были произведены пробные включения одиночных соленоидов на низком уровне поля (10кГс, на энергии пучка 500 МэВ) для определения их влияния на циркулирующий пучок. По расщеплению бетатронных частот вблизи резонанса связи была проверена взаимная полярность включения.

Прежде всего надо было проверить выставку соленоидов. Это было сделано с помощью измерений искажения орбиты как отклика на корректора орбиты, сперва в режиме слабой фокусировки. Каждая секциявсех 4 соленоидов была протестирована на уровне поля 4 Т. Таким образом из матриц отклика были получены координаты центра каждой секции i-го соленоида (xi, zi, xi, zi), затемы были сделаны необходимый механические подвижки соленоидов. После этой предварительной выставки был включен простейший режим круглого пучка (+ −  + −), с полем 1 Т в компенсирующих соленоидах и 10 Т в ближайшей к месту встречи секции основного соленоида. Оптика машины в этом режиме опказана на Рис. 21.


Рисунок 21 Оптика ВЭПП-2000 с соленоидами

Электронный пучок был успешно инжектирован после включения соленоидов, бетатронная частота близка к полуцелому резонансу Δν1≈Δν2≈0.5. Затем были сделаны коррекции орбиты и оптических функций для приведения частот ближе к целому резонансу. На этом этапе использовался метод SVD для минимизации суммы токов в дипольных корректорах и отклонений в фокусировке квадруполей и соленоидов от изначальной симметрии. Окончательно мы получили режим с Δν1≈Δν2≈0.1÷0.15 и умеренными отклонениями орбиты (Δx≈Δz≤±1.5 мм) от оси квадруполей (см. Рис. 22).


Рисунок 22 Замкнутая орбита пучка в фокусирующих элементах после проведения SVD

Проверка концепции круглых пучков

На то время не была готова одна система накопителя. Вместо 4 генераторов удара работали только два. Таким образом можно было инжектировать пучок, но без накопления. Также источник позитронов работал далеко от номинальной производительности: можжно было перепускать в ВЭПП-2000 не более 3-4 мА позитронов. На этой стадии было принято решение проверить модель круглых пучков в сильно-слабом режиме вместо "лечения" машины. Симуляции сильно-слабого режима предсказывают слабую зависимость размера пучка в месте встречи от интенсивности встречного пучка ξ (см. Рис. 23).


Рисунок 23 Сильно-слабая симуляция

Мы измеряли экспериментально горизонтальный и вертикальный размер позитронного пучков в нескольких местах. Рисунок 23 показывает равновесные размеры пучка в трех точках в зависимости от тока электронног пучка. В точке 3, расположенной в ближайшем к месту встречи диполе, расположен минимум βx, как видно из рисунка 21.


Рисунок 24 Зависимость размера позитронного пучка от тока электронов

Согласно симуляциям, поведение горизонтального размера в этой точке (темносиняя кривая) схоже с поведением в месте встречи. Вертикальный размер (светлосиняя кривая) растет с ростом фокусировки встречного пучка, увеличивается βz и радиационный эмиттанс.

Система автоматизированного управления комплексом

С точки зрения задачи автоматизации комплекс ВЭПП-2000 представляет собой более чем 500 каналов управления и более чем 1000 каналов контроля. Совместное использование такого количества каналов накладывает жесткие требования на систему управления комплексом. Система управления ускорительным комплексом ВЭПП-2000 базируется на нескольких PC-платформах под управлением операционной системы Linux, соединенных в общую локальную сеть. Схема автоматизации комплекса ВЭПП-2000 представлена на Рисунке 25.


Рисунок 25 Аппаратное обеспечение системы управления комплексом ВЭПП-2000

При выборе протокола общения аппаратного обеспечения с управляющими компьютерами следует руководствоваться стандартами, распространенностью, поддержкой, пропускной способностью, и другими важными критериями. Для автоматизации ускорительного комплекса ВЭПП-2000 были выбраны два основных протокола: широко известный и хорошо зарекомендовавший себя в задачах автоматизации научных исследований стандарт КАМАК и относительно новый протокол промышленной связи CAN-bus.

Стандарт КАМАК на комплексе ВЭПП-2000 используется в тех местах, где требуется большая пропускная способность, например в каналах наблюдения за пучком, а также в подсистемах, где замена на более новые стандарты была признана нецелесообразной. Протокол CAN-bus является базовым в системе автоматизации ВЭПП-2000. Он очень удобен для пространственно разнесенных систем управления и позволяет значительно уменьшить количество проводных коммуникаций.

Принципы построения программного обеспечения комплекса ВЭПП-2000 основываются на архитектуре аппаратного обеспечения. Специализированные серверы контролируют одну или несколько шин CAN-bus или КАМАК и позволяют клиентским приложениям иметь доступ к каналам управления и контроля, соответствующим этим шинам. Отличительная особенность такого подхода состоит в том, что несколько клиентских приложений могут одновременно выполнять управление и осуществлять мониторинг и контроль работы аппаратного обеспечения. Приложения могут обмениваться общесистемными событиями и командами (например, смена режима, или изменение рабочей энергии и т.д.) через специальный сервер сообщений. Вторая особенность подобной архитектуры программного обеспечения — сокрытие от конечного пользователя (оператора) подробностей работы с каждым конкретным блоком аппаратного обеспечения и деталей реализации каждого специализированного сервера. Вся информация о конфигурации аппаратного обеспечения хранится в специально разработанных для этих задач базах данных, своих для каждой подсистемы. Все вышесказанное можно проиллюстрировать Рисунком 26.


Рисунок 26 Принципы организации архитектуры программного обеспечения ускорительного комплекса ВЭПП-2000