AMELIORATIONS DE LA STABILITE DU FAISCEAU D’ELECTRONS DE SOLEIL

AMELIORATIONS DE LA STABILITE DU FAISCEAU

D’ELECTRONS DE SOLEIL

Nicolas HUBERTGroupe Diagnostics, Synchrotron

SOLEIL

Journées des AccélérateursSociété Française de Physique

2-5/10/2011

SOMMAIRE

02-05/10/2011Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs,

Roscoff2

• Stabilité d’orbite dans les sources de 3e génération

• Développements pour Nanoscopium, nouvelle ligne de lumière longue

• Localisation des sources de bruit

• Feedforward analogique des insertions

• Boucle de compensation du Booster

• Intégration des XBPMs dipôles dans les feedbacks d’orbite

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation

• Feedforward analogique

• Compensation Booster

• XBPMs dipôles

STABILITÉ D’ORBITE


Roscoff3

• Augmentation de la brillance par en diminuant l’émittance du faisceau d’électrons dans les 2 plans ( horizontal et vertical).

Trend of Vertical Emittance

Super-ACO

ALS ESRF

ELETTRA

SLSSOLEIL

DIAMOND

ALBA

PETRA IIINSLS II

BESSY II

0.001

0.01

0.1

1

10

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Year

nm

.ra

d

-> Réduction des dimensions transverses du faisceau d ’électrons:

• 1997, Super-ACO: Dimension verticale du faisceau dans les sections droites: ~230 µm

• 2013, NSLS II: Dimension verticale du faisceau dans les sections droites: ~2 µm

STABILITÉ D’ORBITE


Roscoff4

• Spécification généralement adoptée pour la stabilité:

-> Augmentation de la stabilité d’un facteur 100 en 25 ans• NSLS II: ΔZ <200 nm

La stabilité d’orbite: une figure de mérite pour les sources de 3 génération

• Stabilisation du bâtiment• Design mécanique (poutres, aimants)• Régulation des températures (air et eau)• Feedbacks d’orbite

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

NANOSCOPIUM


Roscoff5

• Nouvelle ligne de lumière en construction• Onduleur sur section droite cantée• Ajout de 2 BPMs, 2 Correcteurs rapides (H&V) et 1 correcteur lent

(H&V) -> modification des algorithmes de feedback d’orbite

• Ligne longue (160m) avec une faible dimension de faisceau au point source (10 µm plan vertical) et une forte focalisation

-> Sera particulièrement sensible à la stabilité du faisceau

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

STABILITÉ THERMIQUE


Roscoff6

• Pieds moniteurs position (BPMs) sont en acier inox • Coefficient de dilatation thermique: 17 ppm/K• Variation de température du pied de 0,2 °C (régulation

de l’air du tunnel à 21±0,1°C) déplace le BPM de ~4 µm

Air Temperature

Beam Position

Beam Position Dependance with Air Temperature

-> Etude de nouveau pieds BPM et XBPM pour Nanoscopium

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles



Roscoff7

• Matériaux candidats par leur grande stabilité thermique:• INVAR (1,2 ppm/K)• Silice fondue (0,55 ppm/K)

• Banc de mesure pour vérifier les coefficients de dilatation thermique

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles



Roscoff8

• Choix de l’INVAR pour• Son coefficient de dilatation thermique suffisamment bon• Une intégration mécanique beaucoup plus facile qu’avec la silice fondue• Pas d’effet

• Pas d’effet visible sur le faisceau de ses propriétés magnétiques

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

HYDROSTATIC LEVEL SYSTEM


Roscoff9

• Réseau HLS dédié le long de Nanoscopium• Observer (et corriger?) les déplacements (lents) des

équipements sur la ligne (fixés sur différentes dalles)• Intégrés aux Nouveaux pieds BPM et XBPM

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

LOCALISATION DES SOURCES DE BRUIT


Roscoff10

• Mesure de spectre sur la position du faisceau (moyenne sur tous les BPMs)

• Reconstruction d’une pseudo orbite (défaut) à la fréquence sélectionnée:

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

LOCALISATION DES SOURCES DE BRUIT


Roscoff11

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

EFFETS DES VENTILATEURS A PROXIMITÉ DES CHAMBRES

CÉRAMIQUES


Roscoff12

Effet du déplacement des ventilateurs kicker, shaker et FCT

Bruit intégré vertical < 300 nm (0.1-500 Hz )

Vertical noise < 200 nm (up to 160 Hz )

PLAN VERTICAL

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

FEEDFORWARD ANALOGIQUE DES INSERTIONS


Roscoff13

Y.M. Abiven: ‘SPI Boards Package, a New Set of Electronic Boards at Synchrotron SOLEIL’, ICALEPCS 2011

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

BOUCLE DE COMPENSATION DU BOOSTER


Roscoff14

µm

/√(H

z)µm

Fréquence (Hz)

3 Hz

• Perturbation dynamique et statique de l’orbite du faisceau dans l’anneau de stockage par le fonctionnement du Booster

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

BOUCLE DE COMPENSATION DU BOOSTER


Roscoff15

µm

/√(H

z)µm

Fréquence (Hz)

3 Hz

• Boucle de compensation installée dans le booster et alimentée par une alimentation dédiée.

• Les effets de chaque famille d’aimant (dipôle, quadrupoles et sextupoles) ont été mesurés et une waveforme corrigeant le défaut global est générée.

J.P. Lavieville: THPO001, IPAC11

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

INSERTION DES XBPMS DIPÔLE DANS LES FEEDBACKS D’ORBITE


Roscoff16

• Ajouter dans les feedbacks d’orbite l’information venant des XBPMs Dipoles pour améliorer la stabilité de ces lignes

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

BPMs

Dipôle

xBPM

STATUT DU PROJET


Roscoff17

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

CONCLUSION


Roscoff18

• Stabilité

• Nanoscopium

• Localisation



• XBPMs dipôles

• Les spécifications sur la stabilité du faisceau sont toujours plus serrées (réduction dimensions transverses)

• La stabilité du faisceau doit être préservée ou améliorée lors des modifications de la machine (changement optique, ajout d’insertions)

• Des outils de diagnostics particulièrement utiles • Analyses spectrales • Localisation des perturbations • Mesures de température

• De nombreux niveaux d’intervention• Mécanique• Électronique• Systèmes de feedback

• Des développements permanents pour conserver de bonnes performances

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