束流流强是电子储存环的核心参数之一，由其计算得到的束流寿命更是衡量电子束流运行品质的关键指标。2025年10月9日至28日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室束测团队为合肥先进光源(HALF)自主研制的高速高精度束流流强测量数据采集系统样机，在合肥光源(HLS-II)储存环上顺利完成束流测试。作为HALF的关键设备之一，该样机实现了设备全国产化，并通过优化信号采样频率及处理算法，在直流流强测量领域展现出优异性能，技术指标达到国际领先水平。
传统直流流强数据采集方案采用高位电压表，数据率局限于1-10Hz。而本次自主研制的数据采集处理系统(图 1)，采用国产定制化高速高精度模数转换器(24bits，最高采样率2 MHz)作为核心元件，在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)中实现信号处理。
在数据率 1Hz 的条件下，该系统直流流强测量分辨率优于 0.67 μA，相比 HLS-II 及上海光源(SSRF) 现有流强测量系统(数据率 1Hz 时，分辨率 1.4 μA)提升一倍(图 2)，达到当前世界最高水平。当数据率提升至 488Hz时，该系统直流流强测量分辨率仍优于 3 μA，可实现超快流强及寿命测量，适用于束流寿命快速变化的加速器研究，为相关研究提供极高的时间分辨率支持，也是国际上首个实现百Hz以上数据率高精度流强测量的系统。
图 1 样机实物图，其中红框内为高精度ADC
图 2 样机实测分辨率与设定采样频率间的关系
该系统首次实现了对束流注入间隙寿命的精确测量(图 3)。在 HLS-II 的束流补注运行过程中，传统 1Hz 采样数据仅能反映流强的缓慢增长过程，而自研设备凭借 488Hz 的高采样率，成功捕捉到每次补注的准确时刻及注入后 1 秒内的快速流强衰减情况。通过对流强衰减测量数据进行拟合分析，精确计算出该工况下束流寿命为 10.66 小时。基于这一超快流强测量技术，该系统可实现每次注入过程中的束团捕获率分析、束流损失比例计算及注入后寿命变化评估。对于 HALF 等采用连续补注模式运行的储存环，该技术为注入效率和束流稳定性的实时监控提供关键手段，为深入解析束流动力学行为提供了关键数据支撑。
图 3 样机在HLS-II上测试的结果，包含一次典型的注入事件
该系统可应用于电子自旋共振退极化研究等需要快速测量电子储存环寿命的实验场景。在高亮度储存环中，束流寿命会受到 Touschek 效应、动量散射、真空散射、集体不稳定性等多种非线性机制影响。通过高时间分辨率的寿命变化测量，能够实时监测束流密度与能散变化，及时发现突发现象，从而为储存环工作点与腔体参数的优化调整提供依据，有望在基础物理研究和加速器装置性能提升方面发挥重要作用。
高分辨率、高数据率流强测量系统的成功研制，不仅为合肥先进光源的顺利建设奠定了坚实的技术基础，也为合肥先进光源未来的精准运行与稳定供光提供了有力保障。
