美国能源部布鲁克海文国家实验室近日在电子离子对撞机(EIC)关键技术研发上取得早期进展：为EIC开发的低电平射频(LLRF)控制系统，首次在真实射频腔体上完成集成测试。
(从左至右)青年工程师迈克尔·麦库伊、亚历克斯·法伊、阿什迪普·辛格和萨姆森·迈在电子离子对撞机(EIC)通用平台低电平射频控制系统的首次成功实际测试中发挥了核心作用——这是EIC未来运行的关键里程碑。(凯文·考夫林/布鲁克海文国家实验室)
EIC是一座下一代研究设施，计划通过让电子与离子发生碰撞，帮助科学家研究物质基本组成单元如何结合。射频系统是粒子加速器的重要组成部分，负责利用电磁波将粒子束加速到接近光速，并对束流进行精确控制。此次测试的LLRF系统相当于射频系统的“控制中枢”，用于稳定射频场，保证加速器运行的电压和相位处于设定范围。
此次测试的一个重点，是验证新开发的EIC通用平台LLRF电子设备能否脱离模拟环境，在真实加速器腔体上稳定工作。该通用平台由布鲁克海文国家实验室与美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施工程团队共同开发，旨在为射频控制、束流仪器和监测等多个EIC系统提供统一的硬件与控制架构，减少重复开发，并提高不同系统之间的兼容性。
布鲁克海文国家实验室工程师、通用平台项目技术负责人凯文·默尼克表示，这是团队第一次在真实射频腔上使用新硬件，并让放大器、腔体和控制装置作为完整系统协同运行。
与早期设施中常见的定制化电子设备不同，通用平台采用模块化设计。中央载板负责网络连接、时序信号分发和数据流协调，插入式子卡则提供不同专用功能。这样一来，各团队可以根据自身需求配置组件，同时共享标准化的时序、数据链路、系统时钟和网络能力。布鲁克海文国家实验室工程师、EIC LLRF控制子系统项目经理吉塔·纳拉扬说，该平台已研发三到四年，期间需要协调使用不同硬件平台的团队接入统一控制系统。
在测试中，系统连续运行数日，保持了对射频腔的稳定控制，并能够精确跟踪设定值。团队表示，实验室中观察到的控制器性能成功转化到了包括控制器、功率放大器和谐振腔在内的完整射频系统中，噪声性能也得到验证。相比相对论重离子对撞机(RHIC)原有系统，通用平台体积更小、集成度更高，数据传输速度也更快，计划最高传输速率可达每秒8吉比特。
这次测试时间并不宽裕。团队只有大约两周窗口期完成相关工作，之后RHIC系统将关闭并转用于EIC。默尼克说，第一天运行并不完美，但团队在两周内修复了多项问题，也发现了一些模拟中没有暴露的细节，从而改进硬件和控制算法。
职业生涯早期的工程师也在此次工作中承担了重要任务。布鲁克海文国家实验室副研究员兼电气工程师阿什迪普·辛格参与了固件开发，并主要负责集成系统验证。他开发了测试平台和仿真工具，用于在实验室评估设计，确保系统具备进入真实腔体测试的条件。辛格表示，真实环境测试让团队看到了仿真之外的一些关键细节，也帮助他们更清楚地了解系统可能出错的环节。
随着RHIC目前已关闭，短期内类似全系统测试机会有限。团队接下来将继续在实验室环境中完善该系统，并为未来集成做准备。纳拉扬表示，下一次相关测试可能要等到一年或更久之后，届时布鲁克海文国家实验室和杰斐逊国家实验室将在关键EIC组件安装进加速器隧道前进行测试。她认为，这次测试为团队提供了重要的概念验证，说明相关技术路线正在按预期推进。
