Dveloppement donduleurs cryogniques lESRF et SOLEIL

ESRFJ. ChavanneP. ElleaumeG. Le BecC. PenelF. Revol

SOLEILC. BenabderrahmaneP. BerteaudM.E CouprieD. Zerbib J.L MarlatsK. Tavakoli*C. KitegiThse lESRF puis Post-Doctorat SOLEIL09/29/09

Avantage:Dcalage K constant du spectre vers les hautes nergies.

Augmentation de lintensit spectrale:

Ncessit:Fermeture du gap*Dveloppement des onduleurs sous vide IVUs (le faisceau de- limite le gap minimum)Onduleurs faible priode/fort champ 09/29/09

Onduleurs sous vide (IVU)09/29/09Chambre videCircuit de refroidissementSouffletColonnettePoutresPour un faible rapport Entrefer/l0 les onduleurs hybrides produisent un champ plus fort que les onduleurs PPMAimantOnduleur PPMOnduleur HybrideFer douxEntrefer/l0 Amplitude du champ [ T ] *

Sm2Co17 Forte rsistance la dsaimantation Champ rmanent limit 1.05 TNd2Fe14BFort champ rmanent (jusqu 1.4T)Faible rsistance la dsaimantation Loi H(Br) base sur des donnes constructeurs0H= 9.08 -5.77xBr (J. Chavanne EPAC02)Pr2Fe14BPas doffre de constructeurs

Mais *GeV e-, , N: environnement extrme pour les aimants dans un IVURisque de dsaimantation pour de faibles valeurs de gap. Slection daimants avec une importante rsistance la dsaimantation.Pour un matriau donn la rsistance augmente avec la coercivit. Aimants Nd2Fe14B compatibles ltuvage 400KAimants Nd2Fe14B rsistant GeV e-, g, NRmanence Br[T]Champ coercitif 0Hj [ T ]Matriaux magntiques pour les IVUs09/29/09

Un onduleur petite priode fort champ aimants permanents refroidis temprature cryognique?09/29/09*Temprature [ K ]Rmanence Br[ T ]Refroidir les aimants permanents permet daugmenter leur coercivit et leur rmanenceNd2Fe14BPr2Fe14BSm2Co17A basse temprature rsistance aimants Nd2Fe14B ~ aimants Sm2Co17 (T. Bizen EPAC04)

A basse temprature on a de nouveaux matriaux magntiquesNd2Fe14BNd2Fe14BNd2Fe14BNd2Fe14BNd2Fe14BNd2Fe14BPr2Fe14BT. Hara, APAC 2004

Onduleurs cryogniques aimants permanents09/29/09*

LaboannePPM/Hyb.MatriauBr[T]/Hcj [T] @ 300KBr[T]/Hcj [T] @ 150K-NdFeB @100K-PrFeBPriode [mm]Paramtre de dflexionLong. [m]SPring-82004PPMNEOMAX BH50 Nd2Fe14B1.4/1.391.6/1.4151.30.6SLS/SPring-82007HybNMX-S45SH Hitachi Nd2Fe14B1.32/~1.61.5/4.514?2ESRF (I)2004HybNEOREM 495t Nd2Fe14B1.18/2.751.3/5181.52ESRF(II)2009HybVacodym 764 Nd2Fe14B1.36/1.631.5/4.5181.62DIAMOND/Danfysik2009HybNd2Fe14B??17.71.72SOLEIL2008HybPr2Fe14B1.34/1.651.57/6.8 181.952NSLS2009HybPr2Fe14B1.34/1.651.57/6.8 ?1.83

Stratgie de dveloppement lESRF et SOLEILSOLEIL Ralisation dun prototype optimis

Choix daimants haut Br/faible Hcj bas sur des mesures systmatiques de courbes daimantation pour diffrents aimants1re conception avec Nd2Fe14B BH50 (EPAC08)2nde proposition de conception avec Pr2Fe14B (SRI09)

Etude magntique et thermique sur un petit prototype

Faible erreur de phase

Installation sur lanneau

ESRF:Dveloppement en deux tapes

Ralisation lchelle 1:1 et installation sur lanneau (2004)Validation de la conceptionValidation de la mesure magntique sous videInstallation en janvier 2008 sur une ligne R&D et tude de son comportement (vide, thermique) cf poster de G. Le Bec.

Ralisation dun CPMU optimis (2009)Choix dun matriau haut Br/faible Hcj Faible erreur de phaseInstallation sur une ligne utilisateur09/29/09*

Modle RADIA:Description des aimants utilise des courbes daimantation exprimentales mesures au Laboratoire Louis NelDescription des ples indpendante de la temprature

*Modle numrique du CPMUTemModle RADIA permet de:

Calculer la variation du champ crte avec la tempratureDterminer les effets dintgrales systmatiques aux extrmitsCalcul du point de fonctionnement des aimants09/29/09

Hyb. ESRFHyb. SOLEILPPMAimant PoleAimant PoleAimantLargeur (x) [mm]5032503336Hauteur (z) [mm]3024302218Epaisseur (s) [mm]6.22.86.52.54.5

Variation avec la temprature du champ Bz et de lintgrale de champ BzIntgrale de champ Iz vs THyb. ESRFTemprature [K]Intgrale Iz [Gm]Rsultats principaux du modle:B0 max(PrFeB)>B0 max(NdFeB), B0 max(NdFeB) T=150K alors que Br max 120KB0 presque constant sur un DT important (>30K)Avec NdFeB augmentation de lintgrale pour T

Point de fonctionnement des aimantsAimantation [T]Champ interne [T]Point de fonctionnement 300K proche de la dsaimantation Ralisation dun prototypetude de la dsaimantationtude thermique Etude sur la dsaimantation faire09/29/09*Entrefer =10mm

Le systme cryognique09/29/09*Principe: Azote liquide sous pression circulant en boucle ferme et refroidi par un bain dazote liquide pression atmosphrique Avantages Systme connu lESRF, utilis pour refroidir les monochromateurs (support et expertise en interne)Adapt aux gros systmes Importante capacit frigorifique 2kWInconvnient(T~80K) fix par le bain dazote liquide

P=2bar +DpT=TsatT80KP[W]Boucle interneBain dazote liquide P=1bar, T=77K

*Mesure des 3 composantes de champs avec 3 sondes de HallVitesse: 30mm/s chantillonnage 0.1mm (dure scan

Translation horizontale 25mmFil tendu:Pas de motorisation dans le vide La tension du fil est assure par des poids

*Translation verticale 5mmFil TenduBancs de mesures magntiques II09/29/09

Rsultats des mesures magntiques basse temprature: Evolution du champ Bz*Variation du champ crte avec la temprature

Comportement similaire au modle RADIA Maximum de champ T=148K Variation du champ crte

Rsultats des mesures magntiques basse temprature: intgrale de champ*Le changement de permabilit dans les aimants induit des intgrales de champ (effet dextrmit):

Comportement similaire au modle RADIA Peu deffet sur lintgrale de champ horizontalEffet dextrmit visible sur la trajectoireEntrefer =6mmMesureModle RADIAPosition longitudinale [m]Temprature [K]Intgrale/extrmit [Gm]Trajectoire [m]Entrefer =6mm09/29/09

Evolution des erreurs magntiques basse temprature: mesure de lerreur de phase*Erreur de phase

Augmentation de lerreur de phase basse temprature~ 1 entre 300 K et 150 K ~ 6 entre 150 K et 120 K

Entrefer =6mmGradient thermique le long des poutres09/29/09

Rsulte du gradient longitudinal de temprature:- Dformation de lentrefer- Changement local des proprits des aimants

Laugmentation de lerreur de phase est acceptable pour cet onduleur. Un plus faible gradient est ncessaire pour obtenir un onduleur avec une faible erreur de phase.Variation de Temprature DTVariation de temprature DT [K]Temprature [K]

Rsum des mesures*Bonne concordance entre le modle RADIA et les mesures

Pas derreur locale

Effet globaux un gradient thermique le long des poutres

Correction temprature ambiante valable basse tempraturegradient longitudinal de temprature incompatible avec une erreur de phase

Conclusion et perspectives09/29/09*Installation sur ID06 en Janvier 08 (C.f. Poster de G. Le Bec)Opration sur lanneau OK 2009-2010: Ralisation de CPMU optimis avec des aimants fort Br (non tuvables).

*************Effet systmatique Signature systmatique Pas si eloigne*Effet systmatique Signature systmatique Pas si eloigne*Chaquez point correspond une mesure tude de phase RMSCorrl une previsionCes deux effets se compensent

Corissance rapide

Essentiel domin mpar un gradient therrmique*Modle pas mal Gestion de lchange thermique **