JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008 Les accélérateurs de SOLEIL Un Anneau de Stockage...

JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008

Les accélérateurs de SOLEIL

Un Anneau de Stockage2,75 GeV, 354 m

=> délivrant du faisceau à 43 lignes de lumière possible :22 sur aimants de courbure

21 sur insertions


Un Linac construit par THALES:100 MeV, 16,5 m, 3 Hz, 8 nC


Avec 2 sections accélératrices récupérées du LIL/CERN, construites il y a ~20 ans par le LAL !


Un Booster synchrotron100 MeV => 2,75 GeV, 157 m, 3 Hz,



Storage Ring parameters

EnergyEnergy 2.75 GeV2.75 GeV

CirCirccumferenceumference 354 m354 m

Number and lengthNumber and length

of straight sectionsof straight sections

4 x 12 m4 x 12 m

12 x 7 m12 x 7 m

8 x 3.6 m8 x 3.6 m

Horizontal emittanceHorizontal emittance

Vertical emittanceVertical emittance3.7 103.7 10-9-9 m.rad m.rad

37 1037 10-12-12 m.rad m.rad

Energy spreadEnergy spread 1.161.1610-310-3

MMultibunchultibunch mode mode

LifetimeLifetime500 mA500 mA

18 h18 h

8 bunch 8 bunch ((30 ps every 148 ns30 ps every 148 ns))

LifetimeLifetime ( (10% coupling10% coupling))90 mA90 mA

18 h18 h


Storage Ring Optical functions

One of the 4 super-periods

24 Straight sections: 4 Long: 12 m12 Medium: 7 m 8 Short: 3.6 m


Sizes and divergences at Source pointsHorizontal emittance 3.7 nm.rad

H Size H DivergenceBetaX EtaX SigmaX Sigma XP Effective

m m m rad Emittance HShort straight 17,8 0,285 388 14,5 5,61 nm.rad

Medium straight 4,0 0,133 182 30,5 5,56 nm.rad

Long straight 10,1 0,200 281 19,2 5,40 nm.rad

Dipole 4° 0,38 0,021 43 107,0

Vertical emittance 37 pm.rad (1% coupling)V Size V Divergence

BetaZ SigmaZ SigmaZPm m rad

Short straight 1,75 8,1 4,6

Medium straight 1,77 8,1 4,6

Long straight 8,01 17,3 2,2

Dipole 4° 16,01 24,5 2,1


Excellentes Performances de la Machine SOLEIL

• Commissioning réalisé en un temps record :• 1ers photons envoyés sur une ligne après 6 semaines de tests• 300 mA atteints après seulement 8 semaines de test faisceau

• Excellente qualité des aimants et de leur alignement• Orbite naturelle de faible amplitude • Très faible couplage naturel (< 0.3% sans correction)• Peu d’amplification des vibrations par les supports d’aimants • Bonne stabilité naturelle de position

• Beaucoup d’innovations technologiques:• Cavités RF supra spécifique SOLEIL• Amplis RF de forte puissance à transistors• Utilisation prédominante de chambres à vide avec dépôt NEG• Onduleurs innovants (HU640, HU256, WSV50, EMPHU,..)• Système de contrôle TANGO•…


Dedicated superconducting RF cavities

Ce 1Ce 1erer cryomodule seul permet un fonctionnement jusqu’à 300 mA. cryomodule seul permet un fonctionnement jusqu’à 300 mA.Un 2Un 2ndnd cryomodule en construction (ACCEL) nécessaire pour atteindre 500 mA (2008) cryomodule en construction (ACCEL) nécessaire pour atteindre 500 mA (2008)


Storage Ring RF plant4 x 190 kW power amplifiers

190 kW @ 352 MHzGain = 52 dBOverall Efficiency (PS,..) ~50%

Unique in the world


Measured Closed Orbits with all the correctors OFF.

Hrms=3.1mmmax=6.40mm

Vrms=0.41mmmax=1.44mm

(BPM offsets included after BBA)

=> Excellent alignement des aimants. ~Inchangé un an plus tard.


Hrms = 42 mmax = 156 m

rms HCOR=1A

Vrms = 58 mmax = 185 m

rms VCOR=0.4A

Measured Closed Orbits with Correction

56 correctors in each plane and 120 BPMs.


Stabilité de position aux points sources

Stabilité sur 8 heures de l’ordre de quelques m.


Fluctuations rapides de position(sans fast orbit feedback)

Amplitude intégrée entre 0 et 200 Hz < 3 microns !


x = 3.9 ± 0.25 nm.rad(design 3.75 @ 2.75 GeV)

z = 0.011 ± 0.002 nm.radCoupling 0.3 % without correction≲

=> Excellent magnet alignment

Beam emittance measurements

CCD

Optique visible à grandissement 2.6Résolution 51 pl/mm

convertisseurX Visible

H : 25 µmV : 10 µm

Fente(« Pinhole »)

Point source : Dipôle n°2 cellule 2

Optique X à grandissement 1.3

Pinhole camera inside the tunnel


The NEG coated vacuum vessels of a cell (in yellow)

Together with the Straight Sections chambers,~200 m of NEG coated Al chamber (56% of the ring)

SOLEIL = first SR Machine with extensive use of NEG coated AL vessels

Storage Ring Vacuum system

Vacuum system for one typical cell


Vacuum conditioning

The conditioning of the vacuum vessels is progressing well.Further improvements with regular activation of TiS pumps

Average pressure of Cell C07 normalised to current Vs. the beam dose

y = 3E-10x-0,6558

R2 = 0,9718

y = 9E-10x-0,9197

R2 = 0,9597

1,E-12

1,E-11

1,E-10

1,E-09

0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00Integrated Beam Dose (A.h)

Pa

v /

I (

mb

ar/

mA

)

Before sublimations

After sublimations


Electromagnet Helical Undulator HU640Electromagnet Helical Undulator HU640

DanFysikDanFysik HU640HU640

PeriodPeriod 640 mm640 mm

Nbr of Periods Nbr of Periods 1414

LengthLength 10.0 m10.0 m

TypeType Electro-Electro-magneticmagnetic

Min. gap (mm)Min. gap (mm) 1919

PolarisationPolarisation Circ./Lin. Circ./Lin. adjustableadjustable

BxmaxBxmax

BzmaxBzmax0.09 T0.09 T

0.11 T0.11 T

Photon EnergyPhoton Energy 5 – 40 eV5 – 40 eV

DESIRS


Electromagnet Helical Undulator HU256Electromagnet Helical Undulator HU256

BINP/SOLEILBINP/SOLEIL 3 x HU2563 x HU256

PeriodPeriod 256 mm256 mm

Nbr of Periods Nbr of Periods 1212

LengthLength 3.6 m3.6 m

TypeType Electro-Electro-magneticmagnetic

Minimum gapMinimum gap

(mm)(mm)15 (V)15 (V)

50 (H)50 (H)

PolarisationPolarisation Circ./Lin. H Circ./Lin. H et Vet V

BxmaxBxmax

BzmaxBzmax0.275 T0.275 T

0.400 T0.400 T

Photon EnergyPhoton Energy 10 – 1000 10 – 1000 eVeV

CASSIOPEE, PLEIADES, ANTARES


Courant stocké et dose intégrée au cours de l'année 2007

0

50

100

150

200

250

300

janv.-07 févr.-07 mars-07 avr.-07 mai-07 juin-07 juil.-07 août-07 sept.-07 oct.-07 nov.-07 déc.-07

mA

0

100

200

300

400

500

600

A.h

Machine opération

Courant de fonctionnement augmenté progressivement : 50 mA début 2007 => 250 mA en mars 2008


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

19/01 au14/02

02/03 au28/03

20/04 au14/05

25/05 au20/06

29/06 au21/07

31/08 au24/09

12/10 au12/11

23/11 au18/12

Nombre de lignes ayant pris du faisceau pour chaque run de 2007

Machine opération


14 lignes de lumière prennent du faisceau

7 lignes de lumière accueillent des utilisateurs externes

12 lignes de lumière supplémentaires sont en construction


91,6%

4,2%

4,2%

95,1%

1,2%

3,7%

95,5%

1,1%

3,4%

91,5%

1,3%

7,2%

94,3%

2,4%

3,3%

96,7%

1,7%

1,6%

95,0%

1,6%

3,4%

90,1%

3,7%

6,3%

80%

90%

100%

19/01 au14/02

02/03 au28/03

20/04 au14/05

25/05 au20/06

29/06 au21/07

31/08 au24/09

12/10 au12/11

23/11 au18/12

Pannes avecincidencefaisceau

injections,préparations &interventions

faisceauxdisponibles

Machine operation

Disponibilité temps faisceau assez bon : 93.8% en 2007(2640 heures de faisceau délivrées sur 2813 heures programmées).


00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

24h

RF AE

LINAC

GMI

ECAIC

A VIFC EP

DGPSS

CRYO

LIGNES

UTILIT

ES

AUTREEau

Distribution of the 117 hours of beam time lostdue to different equipment in 2007

run 8

run 7

run 6

run 5

run 4

run 3

run 2

run 1

14 mains fluctuations (9 due to storms)

Machine operation


120 heures de faisceau continu

Session LignesSession Machine

Best week !


Objectifs 2008

Nouveau modes de fonctionnement :500mA (avec 2nd cryomodule)injection continue “Top-Up”Opération avec 1 et 8 paquets

Améliorer la stabilité de position du faisceau :Compensation effets des Insertions

Installation des X-BPMs dans les têtes de ligne Mise en service du Fast Orbit FeedBack

Construire, shimmer et installer de nouvelles InsertionsConstruire, shimmer et installer de nouvelles Insertions

Installer de nouvelles têtes de ligneInstaller de nouvelles têtes de ligne

Délivrer 4000 heures de faisceau aux lignes(+1500 h machine soit au total 230 jours de fonctionnement)


Organisation


Magnétisme conception aimants et insertions (électro-aimants et aimants permanents conception aimants pulsés rapides (kickers, septum,..) Mesures magnétiques : Labo français le mieux équipé pour mesures d’aimants Calcul magnetostatique 3D (Tosca, Radia) Calcul rayonnement (SRW)

Compétences

Dynamique de faisceau Machines circulaires Linac Optique Linéaire et non linéaire Instabilités et impédances Laser à électrons libres

Radio-Fréquence Ampli de forte puissance à transistors Low level RF Cavités supraconductrices


Compétences

Contrôle commande Hardware (PC et CPCI) Software : TANGO Réseaux

Electronique de puissance Alimentations continues de 100 W à 100 kW Alimentations pulsées lentes (3 Hz) Alimentations pulsées rapides (quelques sec) Modulateurs de klystron (3 Ghz)

Electronique analogique digitale (FPGA, microcontrôleur) feedbacks rapides (position, transverse, RF) synchronisation (ps) d’acquisition automatisme contrôle de motorisation …


Ultra-Vide Dimensionnement pompage Nettoyage Etuvage Banc de dépôt NEG Mesures et automatisme

Compétences

Diagnostiques de faisceau Mesures d’émittance Mesures de position (e- et X) Imagerie visible et X Mesures d’intensité Mesures de longueurs de paquets (streak camera)

Radioprotection Calculs blindage Mesures rayonnement et activation Dosimétrie Systèmes interlockés (PSS)


Compétences

Et aussi Alignement Calculs thermo mécanique 3D Mesures de vibrations Cryogénie Fonctionnement continu …

En fait tout ce qu’il faut pour :construire et exploiter les accélérateurs de SOLEIL


Conclusions

La phase de construction n’est pas encore totalement achevée

Cependant une réflexion sur un “plan moyen terme” vient d’être lancée par le dG

Dans ce cadre, SOLEIL pourra être amené à lancerde nouveaux développements.

Exploiter et maintenir SOLEIL au meilleur niveau de performancesnécessite de conserver toutes les ressources et les compétences existantes

C’est dans ce contexte que SOLEIL pourrait bénéficier d’une synergieavec les équipes et les compétences complémentaires du LAL


Contacts

Dynamique faisceau => Amor NADJI

Effets Collectifs => Ryutaro NAGAOKA

Magnétisme/LEL => Marie-Emmanuelle COUPRIE

RF/LINAC => Patrick MARCHAND

Alimentations et EP => Pierre LEBASQUE

Diagnostiques => Jean-Claude DENARD

Ultra-Vide => Christian HERBEAUX

Radioprotection => Jean-Baptiste PRUVOST

Autres,.. => Jean-Marc FILHOL

JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008 Les accélérateurs de SOLEIL Un Anneau de Stockage...

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