Moderne acceleratorers fysik og anvendelse 2015 Forelæsning 9b Diagnostik. Diagnostik er en accelerators øjne og ører

Transkript

1 Moderne acceleratorers fysik og anvendelse 2015 Forelæsning 9b Diagnostik Diagnostik er en accelerators øjne og ører En accelerator er ikke bedre end dens diagnostik Diagnostik findes i mange varianter og afskygning muligt at gå i detalje med alting Diagnostik 1

2 Meget udbredt Fluorescerende skærme Plade påsmurt et fluorescerende materiale køres ind og ud af beamet Giver intensitet, position og beamstørrelse Meget visuel Kvantitativ via framegrabber (digital kamera) Kan have problemer med mætning Destruktiv Bruges ofte Lineære maskiner transfer beamlines til indkøring af synkrotroner Optical Transistion Radiation (OTR) Når en ladet partikel krydser en grænse mellem to forskellige brydningsindeks udsendes lys Lyset udsendes i en konus med 1/ Bruges kun hvor >>1 F.eks. SR ringe (elektroner) og deres injektors Ikke så følsom, men mætter ikke! Man skal være mere omhyggelig med alignment 2

3 Faraday cup MEGET brugt til strømbestemmelse specielt til transferlines (lav-energi) Destruktiv Med et følsomt amperemeter kan man måle fa Wall-Current monitor Opfange spejlladningerne i vakuumkammeret Mere prof har man en ordentlig skærm for at skærme mod ind- og udstråling af EM-bølger (med ferritringe til at sænke den nedre cut-off frekvens) 3

4 Beam Transformer (Current Transformer) Puls gennem ferritkerne giver puls i sekundær vindingerne Med en simpel spole ses blot den afledte af strømmen Adderer modstand og kapacitet Får nu pulsen (med en vis rise-time og droop-time) out Ser kun AC Baseline skifter Kun pulseret beam Beam Transformer 2 ( t) I ( t) beam Båndbredder op til 2 GHz Risetime: ~200 ps Droop: ~1%/µs Følsomhed : ~1 ma (nemt) Bruges i transfer beamlines, og boostere (ringe) til optimering af injektion (og ekstraktion) 4

5 DC Current Transformer (DCCT) For at måle DC strømmen bruges en DCCT DC strømmen vil oftest være den mest vigtige enkelt parameter Eksempler Bergoz NPCT (en DCCT) Følsomhed: ~5 µa/sqrt(hz) Ranges: 20 ma, 200 ma, 2 A, 20 A Frekvensrespons op til ~10 khz Bergoz FCT (Fast Current Transformer) 5

6 Levetid Partiklerne tabes over tid af forskellige grunde Stød med restgassen Indbyrdes stød (Touschek spredning) Store energi afvigelser via udsendelse af synkrotron stråling Oftes (lokalt) eksponentiel henfald Hvis levetiden varierer kan man lave lokalt fit Position pickups - ioner Diagonal skåret skotøjsæske Shoebox type Sum signal fra ELISA (3 omgange) Kan se få na (med midling) 6

7 7 Button Pickups Standard for elektron ringe til (Beam Position Monitor) 4 knapper anbragt symmetrisk omkring beamet Relativt nemt få sub-µm præcision Kun lineær tæt omkring centeret Kalibrerer centeret vha. nærtsiddende Qpol k X x k Y y Button Pickups 2 dlæsning (gammeldags)

8 Button Pickups 3 Nyere dlæsning (Libera) Måler på 4. RF harmoniske (418.8 MHz) Sample frekvens: 98.4 MHz (undersampling) Alias frekvens: 26.2 MHz = 4*f rev Placering af pickups For positionbestemmelse til orbit korrektion Bør sidde hvor beta er stor Bør have 4 pickups per betatronsvingning N pickups >=4*Q I praksis vælges så det passer med symmetrien 8

9 Striplines Meget følsom pickup Retningsfølsom Også meget effektiv til eksitation af beamet Dyrere end button pickup (derfor ikke 100 vis på en ring) Synkrotron Stråling Synkrotron strålingen kan afbilledes på et kamera og give megen information om beamet Position Beamstørrelser emittans Intensitet Instabiliteter Ganske gratis 9

10 Tune måling Med måling et sted kan man kun måle fraktionen indenfor 0.5 Kan måle ved brug af resonant eksitation eller ved impuls eksitation (hurtigt kick) tilsvarende målinger af synkrotron frekvensen Dispersion: Måling af optiske parametre Det er let at vise at Betafunktionen i en Q-pol: Varier k Qpol shunt 1% 2% Chromacitet: Mål Q for forskellige Δp/p 10

11 Emittansmåling Mål beamstørrelsen 3 (passende) steder Hvis man ved hvordan beamstørrelsen burde udvikle sig kan man beregne emittansen Alternativ til 3 steder: Mål for 3 forskellige Q-pol settings Q-pol scan ASTRID2 diagnostik Bumper SR camera Septum FCT (Fast Current Transformer) Dual Stroke Viewer Stripline Bumper Bumper Valve RF Cavity w. Ionpump Viewer DCCT Ionpump Stripline Valve 3.0 m Bemærk 4 per girder Qh=5.185, Qv=2.140 SR camera Ikke endelig placering 11

12 ASTRID2 transfer beamline diagnostik Valve Ionpump/gauge HV corrector Qpol H magnet Current Transformer Viewer Camera Qpol Camera V magnet Current Transformer 10.0 m Camera V magnet Camera V magnet Ionpump/gauge Current Transformer HV corrector Camera V magnet Qpol Qpol Ionpump/gauge HV corrector Current Transformer Viewer Valve Ikke endelig placering 12

13 ekstra materiale Mange typer Beam Loss Monitor Ioniseringskammer Scintillator + fotomultiplier Pindiodes Placeres rundtomkring så man kan bestemme hvor beamtab forekommer Mere følsom end f.eks. DCCT en Kræver høj-energetiske partikler Bergoz Pin diode BLM 13

14 Skraber målinger Hvis man kører en skraber ind i beamet og moniterer strømmen, kan man bestemme emittansfordelingen Husk at partiklerne udfører betatron svingninger frem og tilbage med en maksimal amplitude Schottky Scans Betragt en enkelt partikel i en lagerring Mange partikler med (lidt) forskellig omløbsfrekvenser Giver også signal for coasting (DC) beams pga. statistiske fluktuationer Antallet af partikler indenfor en givet længde vil variere med N Kan bruges både longitudinalt og transversalt 14

15 Schottky måling På GSI, Darmstadt bruger man Schottky målinger til at bestemme massen af sære, sjældne atomkerner Secondary-Emission Monitor (SEM) Måler strømmen væk fra et folie eller en tråd pga sekundær elektronudsendelse Med mange tråde kan man måle en profil 15

16 Wire-scanner Ofte kan man ikke have en tråd inde i beamet i ret lang tid pga. beamdestruktion Derfor bruger man en hurtig flyvende tråd Kan måle enten strømmen direkte eller sekundære elektroner Multi-Wire Chamber Beamet ioniserer gassen. Elektronerne opfanges af trådene, og måles Meget stor dynamisk område (ændre gastrykket) Reference detektor for Partikel Terapi beams Position og intensitet Vigtigt for præcist at kunne ramme tumoren 16

17 Ioniseringskammer Beamet ionisere en gas. Kan igen måle strømmen. Meget følsom detektor Beam Loss Monitor Gas Curtain Noget specielt ting Elektroner fra gasjet en accelereres til en scintillator, og kan så fotograferes 17

18 Residual-Gas Monitor Det tyndeste target er blot restgassen 18