Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles - 2003J.C. Besson
Super ACO
La voie vers les machines de 3ème Génération
Bât 209D Centre Universitaire - B.P. 34 - 91898 Orsay Cedex
Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles - 2003J.C. Besson
SOMMAIRE
• Le rayonnement synchrotron dans le contexte de
LURE
• Caractéristiques principales de Super ACO
• Quelques expériences remarquables en
dynamique des faisceaux
• Quelques innovations technologiques
• Performances en routine pour les utilisateurs
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LES INSTALLATIONS DU LURE
• 1955 : Construction du LAL
Physique des Hautes Energies:– Construction ACO 1965– Construction DCI 1975
• 1972: Création du LURE• 1985: Installations dédiées au
Rayonnement synchrotron
• 1987 Super-ACO optimisée pour le RS
X mous VUV visible et IR
• LELs: ACO en 83, Super-ACO en 87, CLIO en 91
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LE RAYONNEMENT SYNCHROTRON
La première génération de synchrotrons
Forte émittance, utilisation des dipôles
Onduleur
La deuxième génération: émittance réduite, mais peu de sections droites
Rayonnement
Paquets d’électrons
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LE RAYONNEMENT SYNCHROTRON
La troisième génération
• Grand nombre d’insertions,• Source de dimension très
petite
Facteur de qualitéBrillance:
flux émis divisé par la surface et le cône d’émission de la
source
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CARACTERISTIQUES PRINCIPALES
Circonférence 72 m
Energie 800 MeV
Emittance 38 nm.rad
Super Périodes4
symétriques
Sections Droites 8
Insertions 6
Familles deQuadrupôles Hexapôles
44
Fréquence RF 100 MHz
Harmonique 24
Cavité Harmonique
500 MHz
2 Modes d'Opération
Positrons
24 Paquets 2 Paquets
Haut FluxStructure
Temporelle
400 mA 2 x 100 mA
Sur Résonance de Couplage
Avec Excitation Verticale
= 15 h = 12 h
Super-ACO est optimisé pour le rayonnement V UV
c = 0.67 keV (c = 18.5 Å)
Complémentaire de DCI, rayonnement X : c = 3.7 keV (c = 3.3 Å)B(T) (GeV)E 0.665 (keV)ε 2
c
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CHOIX DE LA MAILLE
x = 4.72 z = 1.70 = 1.48 10-2
N / (GeV)E F(maille)ε 32x
• x = 38 nm.rad
• x min / x = 0.84
• L (sections droites)/ Circonférence =
0.39
"Expanded Chasman-Green"
Double Bend Achromat
Chasman-Green
Triplet Achromat
Triple Bend Achromat
QF Dipole QD
FODO
Double-Double Bend Achromat
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18s (m)
x (m)
z (m)
Dx (m)
Double Bend Achromat
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DYNAMIQUE DE FAISCEAU: INSTABILITES
Instabilités transverses internes au paquet (monopaquet fort
courant)• Impédance de la chambre à vide
couplage des modes « tête-queue »
• Mise en évidence du rôle de la chromaticité (première)
= 0 Iseuil = 30 mA
= 2.35 Iseuil > 150 mA
Pour = 2.35, à faible courant, des satellites apparaissent de chaque coté de la fréquence betatron . Les modes 0 et –1 qui se confondaient à 30 mA pour = 0 restent toujours séparés et l’instabilité disparaît.
Bon accord avec la théorie du couplage des modes tête-queue
Pour = 0, à faible courant, une seuleFréquence betatron
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DYNAMIQUE DE FAISCEAU: INSTABILITES
• Instabilités longitudinales multipaquets
• Impédance des modes supérieurs de la cavité
• Mise en évidence du rôle de la cavité harmonique: Amortissement de Landau
•Cavité 100 MHz 24 modes couplés(420 mA)
Double système RF 100 MHZ + 500 MHz (mode passif)
Déphasage approprié pente 0 pour la RF totale vue par le faisceau
•Double système RF 100 MHZ + 500 MHz (mode passif) Parfaite stabilité
En routine optimisation de la phase pour avoir le meilleur compromis stabilité/durée de vie
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MACHINE QUASI-ISOCHRONE
0
50
100
150
200
0 2 5 8 10 12
1= 1.48 10-2
1= 3.6 10-3
L (
ps)
Ipaquet (mA)
1 / 100 avec 2 annulé
à très faible courant
0
5
10
15
f s (
kH
z)
0 10 20 30 40
51 10.
1f sfσet ασ s1
Mesures de longueur à 1 / 4
La réduction de longueur
n'est effective
qu'à faible courant par
paquet
p
Δpα2αα 21
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NEGATIF b
(ps
)
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 100
1 = 0.0148 1 = - 0.0120
Ib (mA)
L'allongement du paquet
avec le courant est plus faible
Pas d'instabilité Tête-Queue, Injection et Stockage SANS hexapôles
b
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 5 10 15 20 25 30 35I (mA)
Spectral analysis ( 0.015 )Beam dimension variation ( 0.015 )Spectral analysis ( = + 0.015 )
E/E
(10
-3)
Mais la dispersion en
énergie est plus grande
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EMITTANCE MINIMALE THEORIQUE
• Emittance la plus petite possible : 9.5 nm.rad
– 10 nm.rad expérimentalement
– Dimensions transverses plus faibles, brillance plus grande
• Test comparatif avec les utilisateurs
– Brillance x 2
– 400 mA dans 24 paquets
– durée de vie 9h
(comparable à celle de routine :
= 6.7 10-3 au lieu de 1.48 10-2 acceptance RF x 1.5)
• Injection difficile
– Pas de mise en opération (2 perturbateurs au lieu de 3)
– Utilisation pour le L.E.L. avec = 8 10-3
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Principe du Laser à Electrons Libres
Emission de rayonnement synchrotron dans l’onduleur stocké dans la cavité optique
Interaction électrons-onde optique dans l’onduleur
Amplification pour laser~r : effet laser
r 0
221K 2
2
; K 0B0
CaractéristiquesSpectrales: laser= 300-630,largeur spectralenm
Temporelles :Largeur 10-30 ps, fréquence de répétition 8.33 MHzEchelle de la ms : continu ou pulsé
Puissance moyenne extraite : 10-300 mW selon la transmission des miroirs
Point de fonctionnement
= 5 m
= 8.10-3
= 12 nm.rad
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Feed-back de Position
contrôleorbite
DSP
DSP
DSP
DSP
DSPDSP
DSPDSP
DSP
68000
BPM correcteur
éléments matrice
Horizontal Vertical
Fonctions de transfert en boucle fermée
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 10 100 1000f (Hz)
avec FB
sans FB
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 10 100 1000f (Hz)
avec FB
sans feedback
Première version : 1999 ;
Version actuelle : ADSP2186
mémoire 8 ko
implantation filtre correcteur numérique
différence importante sur la bande passante
entre plan H et V (courants de Foucault)
matrice répartie : 8 DSP
- entrée : les 16 BPM de la machine- sortie : 8 correcteurs dans chaque plan (bobines situées dans les Qpôles)-liaison série rapide (cycle : 60 µs)
-30
-27
-24
-21
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
3
6
1 10 100 1000
f (Hz)
-300
-240
-180
-120
-60
0
60
amplitude (dB)phase
26 Hz
-21
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
3
1 10 100 1000
f (Hz)
-210
-180
-150
-120
-90
-60
-30
0
30
amplitude (dB)phase
145 Hz
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Feed-back de nombres d’ondes
• Mesure automatique (PLL) des deux nombres d’ondes bêtatron Vz et Vx. - Précision et résolution de 1.10-4- Temps de réponse 5 ms
• Feed-Back lent (1 seconde) via le réseau de pilotage. Associé au feed-back de position, il rend ‘’transparent’’ les variations de champs des insertions pendant les runs utilisateurs.
• Ce système a également permis de doubler la durée de vie des faisceaux 2 paquets.
8.8.8.8
C5ms Pilotage
SuperACO1s
RS232
Alim1
Alim2
f’
Q
FQ
FQ
DQ
D
104.Fref
Fref + Retard
Compt
PLL
ETERNET
1553RS232
VCO
M
Dff’ = Fref - f
e+
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L’EXPLOITATION DE SUPER ACO
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
JOURS
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0 1 2
Fig. 1.
Analyse en nombre de sessions
Sessions prévues
Jours de fonctionnement
Super-ACO
Répartions des runs Super ACO
47%
34%
19%
24 paquets
2 paquets
L.e.l
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FIABILITE
Rendement faisceau fourni / faisceau possible
84%
89%
86%
88%
95%94% 94% 93% 93% 93%
94% 93% 94% 94%
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0 1 2 3
Heu
res
Faisceau fourni
faisceau possible
rendement
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De LURE à SOLEIL
• A partir de 1972 : le LURE est un outil de recherche collectif et indispensable à une communauté diversifiée ; mais aujourd’hui, ses accélérateurs ne sont plus compétitifs et sa fermeture est prévue en 2003.
• 1989 : consciente de cet enjeu, une large communauté se mobilise autour du LURE pour élaborer le projet Soleil.
• 2002 : SOLEIL capitalise les acquis du LURE, tant du point de vue technique que du point de vue des ressources humaines.5 lignes de lumière vont être transférées du LURE à Soleil.
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ACO DCI Super ACO SOLEIL
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