Synkrotron accelerator facilitet

Transkript

1 Orbit bumps, Injektion/Ekstraktion, orbit korrektion og transfer beamlines Wille: kapitel , 3.18 og 4 og Orbit bumps: 1, 2, 3 og 4 bumpers Injektion og ekstraktions elementer Septa, kickers og bumpers Magnetiske, elektriske Pulsede og statiske (DC) Afskærmning af felter (hvirvelstrømme) Rundvisning af ASTRID/2 pulsede magneter: Niels Hertel (er sket!) Injektion, akkumulering og ekstraktion Orbit korrektion, bl.a. vha. bumps Transport og transfer beamlines - matching Synkrotron accelerator facilitet 1

2 Manipulationer af banen Lokalt i forbindelse med injektion Lokalt i forbindelse med ekstraktion Korrektion af ikke-ideel bane i synkrotron Lokalt til korrektion af ikke-ideel bane i beamline: STYRING Hvad er kicker, bumper og septum En kicker er et hurtigt afbøjningselement, ofte magneter, med t <~1 omløb En bumper en magnet, med 1 s > t >> 1 omløb Kickers og bumpers er ofte full-aperture En septum er en speciel magnet eller elektrostatisk afbøjning med et feltfrit område og et område med felt 2

3 Synkrotron accelerator facilitet Distorted orbit from 1 kicker Field errors (fra dipol eller ikke centreret quadrupol)! Ring (eller Beamline) [Wille Fig. 3.37] ( s0) x( s x 0) 2 tan Q x ( s 0 x ( s 0) ) 1 2 tan Q 3

4 Ring orbit from one kicker ASTRID Injection/Extraction Extraction kicker Injection kicker Injection/extraction septum 4

5 1 kicker bump (injektion) i ASTRID Kick 2.5, 3.8 mrad Ulempe: Orbit excursions over hele omkredsen! Injektion i ASTRID (1 bumper) Inj./extr. septum Kick 2.5, 3.8 mrad Ulempe: Orbit excursions over hele omkredsen! Se senere for injektions/ekstraktions proces! 5

6 2 kicker bump Fase Kicker forhold kicker bump Vi ser at for givet HK1 vinkel kan HK2 og HK3 bestemmes for alle kicker positioner. Dog kan både position og vinkel ikke bestemmes uafhængigt af hinanden. 6

7 4 kicker bump Her kan både position og vinkel i punktet P bestemmes arbitrært 3 kicker bump for FODO lattice Demonstreres in WinAgile. Som i ASTRID2. 7

8 3 kicker bump for FODO lattice 4 kicker bump for FODO Både position og vinkel kan justeres ved P Opgave til næste gang! 8

9 Layout of accelerator complex Injektions og ekstraktions system skal designes Single-turn injection Liouville: Man kan ikke injicere ind i faserum, der allerede er besat! 9

10 with bump Multi-turn injection 10

11 11

12 12

13 13

14 Injektion og Akkumulering Efter en ny injektion skal beam et køles før en ny injektion. Akkumulering i ASTRID 14

15 M2 M1 p SGM3 Miyake SGM2 SGM1 test x-ray microscope SX700 SGM kicker RF UV-1 undulator ASTRID e-cooler septum UV1 33 grader TESLA 40 grader neutral beam detektion SEPARATOR EBIS D 10 m POSITRONER microtron 29 1 kicker bump i ASTRID Kick 2.5, 3.8 mrad Ulempe: Orbit excursions over hele omkredsen! 15

16 current [ma] Injektion i ASTRID Inj./extr. septum Kick 2.5, 3.8 mrad Ulempe: Orbit excursions over hele omkredsen! Akkumulering i ASTRID ~200 ma akkumuleret fra mange injektioner af ~5 ma hvert ~5 sekund time [sec] 16

17 Stripping Injection Liouville snydes ved at H - strippes til H +. Cirkulerende beam trækkes væk fra strippe foile efter n omgange for at reducere vinkelspredning. Kicker/bumper = hurtig magnet álá ASTRID inj. kicker B b Luft-spole I(elektrisk eller magnetisk) z tyndt ( a lamineret b ) magnet ( hvirvelstrømme) LC 3. ferrit (elektrisk isolerende), ( hvirvelstrømme) 17

18 Magnetisk Septum Som DC ASTRID septum magnet Som pulset ASTRID2 septum magnet Septum felt behøves ofte kun i kort tid, Derfor kan køleproblemer løses ved lav duty-cycle ASTRID2 injektions septum Cirkulerende ASTRID2 beam ASTRID beam 18

19 ASTRID2 injektion septum Bumper ASTRID- ASTRID2 19

20 ASTRID2 bumper magnet mech. id. to fast ASTRID extraction kicker ASTRID2 bumper Her er skærm fjernet for at se C-ferrit magnet åg 20

21 ASTRID2 beamcurrent during 1 hour ma ma - 0 ASTRID2 injektion Bump1 Bump2 Septum Bump3-2.0 mrad 2.0 mrad -2.2 mrad 21

22 ASTRID2 injektion Bumpers ½ sinus 1.6 μs Inj. at 0.9 μs rev. time 152 ns 3 bumpers (-2.0,1.8, -2.2) mrad Cirkulerende beam Injiceret beam 10 turns Efter injektion 10 turns efter injektion ASTRID2 injektion Cirkulerende beam Injiceret beam septum 22

23 ASTRID2 injektion 490 turns efter injektion Cirkulerende beam Injiceret beam 23

24 Fast Extraktion from ASTRID kicker Septum after ¼ turn Septum after 1¼ turn 24

25 [m] ASTRID- ASTRID2 Fast Extraktion from ASTRID position [m] KICKER KICKER Beam envelope BUMP (0/30mm) KICK (3.8mr) BUMP+KICK SEPTUM KICKER KICKER SEPTUM 25

26 [m] Fast Extraktion from ASTRID position [m] KICKER KICKER Beam envelope BUMP (20/16mm) KICK (1.7mr) BUMP+KICK SEPTUM KICKER KICKER SEPTUM Er sket! KORT RUNDVISNING 26

27 Elektrostatic foil septum (PT) Septa kan laves både lige og krumme 27

28 Elektrisk og magnetisk septum 28

29 Q n + 2/3 29

30 30

31 31

32 32

33 OG NU TIL NOGET HELT ANDET Transfer beamlines 33

34 CERN SPS-LHC transfer 34

35 Transfer beamlines Formål: Matched transfer (α x,z, β x,z, D, D ) Matching section, f.eks. FODO, Matching section Centreret beam i position og vinkel ved udgang Transport uden tab, i.e. styret beam Eksempel: ASTRID-ASTRID2 transfer beamline ASTRID- ASTRID2 35

36 ASTRID- ASTRID2 ASTRID- ASTRID2 transport line 36

37 ASTRID- ASTRID2 transport line ASTRID2 injektion 490 turns efter injektion Cirkulerende beam Injiceret beam Beam ud af injektionsline 37

38 Steering in a beamline Monitorer, der kan observere beam position Deflektorer (x,z), der styrer beam downstream, gerne med ΔΨ = π Evt. styring med centrering i kvadrupol: En ændring i q-pol styrke vil lede til et flyt downstream af beam position, hvis ikke beam er centreret I forelæsning 10 vil JSN fortælle om monitorer, altså hvordan man måler beam ets position. Orbit korrektion i ring W10.4.2: Kun kursorisk; vi kigger på det i WinAgile næste gang. I synkrotron bør kvalitet og position af magneter være god nok til at sikre et cirkulerende beam Et antal korrektorer og Beam Position Monitors i x og z (~Q 4 i hvert plan) sikrer derefter orbit ~<1mm Normalt vil man gerne korrigere << 1 beam diameter For SR kilder er diameter måske få μm og dette er ikke muligt. I stedet definerer man en golden orbit Derefter skal beam positionen fastholdes langs denne gyldne name indenfor << beam diameter 38

39 Orbit korrektion i ring Et antal metoder bruges til orbit korrektion: 1. Most Effective Corrector Method; iterativ proces 2. Response Matrix Inversion Method 3. Correction with local orbit bumps (3/4 bumpers); e.g. ved injektion og ekstraktions elementer. Kan også itereres over hele ringen 4. W10.4.2: Kun kursorisk; vi kigger på det i WinAgile næste gang. Opgave næste gang om Orbit korrektion i WinAgile Opsummering Vi har i denne forelæsning lært hvordan man laver og bruger lokale bumps man injicerer og ekstraherer i en ring. man bruger specielle elementer: kickers og septa til injektion og ekstraktion man korrigerer et beams position i en beamline og i en synkrotron 39