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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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Un Linac construit par THALES:100 MeV, 16,5 m, 3 Hz, 8 nC
Les accélérateurs de SOLEIL
Avec 2 sections accélératrices récupérées du LIL/CERN, construites il y a ~20 ans par le LAL !
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Un Booster synchrotron100 MeV => 2,75 GeV, 157 m, 3 Hz,
Les accélérateurs de SOLEIL
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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•…
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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)
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Storage Ring RF plant4 x 190 kW power amplifiers
190 kW @ 352 MHzGain = 52 dBOverall Efficiency (PS,..) ~50%
Unique in the world
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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.
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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.
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Stabilité de position aux points sources
Stabilité sur 8 heures de l’ordre de quelques m.
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Fluctuations rapides de position(sans fast orbit feedback)
Amplitude intégrée entre 0 et 200 Hz < 3 microns !
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
14 lignes de lumière prennent du faisceau
7 lignes de lumière accueillent des utilisateurs externes
12 lignes de lumière supplémentaires sont en construction
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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).
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
120 heures de faisceau continu
Session LignesSession Machine
Best week !
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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)
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
Organisation
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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 …
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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)
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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
JM FILHOL Rencontre LAL-SOLEIL 17 avril 2008
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