A Light for Science.

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1 A Light for Science

2 Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron
ISN INPG CEA Schneider CNRS ILL EMBL IBS ESRF “polygone scientifique” de Grenoble

3 Centre de recherche en opération depuis quinze ans (30 Sept. 1994)
L’ESRF en bref L’ESRF en bref : Centre de recherche en opération depuis quinze ans (30 Sept. 1994) Société de droit français dont le financement est assuré par 19 pays. Un budget annuel de 80 M€ 600 employés originaires de 30 pays 250 scientifiques et ingénieurs 185 techniciens 40 post doctorants 30 Thésards 75 Personnel administratif, directeurs,… 20 Financement exterieurs (EU etc) Langue de travail : Anglais

4 Synchrotron Radiation (SR)
Paquet d’électrons Lumière synchrotron Electrons Lumière Synchrotron – rayonnement électromagnétique produit par des particules chargées (électrons,..) circulant à la vitesse de la lumière quand elles sont déviées. Large bande d’énergie/longueurs d’onde: De l’infra rouge (~0.1eV; ~10μm) Au rayonnement X dur (~1MeV; ~1fm) Electrons Qualités remarquables de la lumière synchrotron Brillance Cohérence Emission pulsée (longueur d’un flash : 100 ps) De plus : Flux Polarisation Stabilité du faisceau

5 e- e- Out Of Vacuum Undulator In Vacuum Undulator 80 % of ESRF IDS
ID magnetic structures Out Of Vacuum Undulator Magnet array Min Gap e- Adjustable Gap Vacuum Tube Magnet array Gap min=11 mm In Vacuum Undulator Vacuum Tube Magnet array e- Adjustable Gap Pure permanent magnet 4 magnet blocks /period (much better sinusoidal field is produced by using 4 blocks) Material: NdFeB, Sm2Co17 Hybrid Magnet material NdFeB, Sm2Co17 Pole material Fe-Co low carbon steel Magnet array Gap min=5 mm Advantage of the in vacuum device: much smaller minimum gap, and hence larger Kmax for a given lu.  advantage at high photon energies or for low energy machine. (between 30keV and 100 KeV at ESRF) Inconvenience: Complicated mechanical assembly under vacuum. More space needed for one segment. 80 % of ESRF IDS 20 % of ESRF IDs Slightly higher field at low gaps/period but field correction more difficult to perform NdFeB: High field (Br = 1.15T), low radiation resistance and less heat resistance. Sm2Co17: Lower field Br = 1.03T, good radiation and heat resistance. In air:  NdFeB for its high field. In vacuum  Sm2Co17, due to its higher radiation resistance

6 A horizontal beam size and divergence (or emittance)
Generation of emittance by radiation 64 Dipoles Electron 2 emits De at the exit of the bending magnet.  same energy when crossing the magnet  stay on the reference trajectory Electron 1 emits DE at the entrance of the bending magnet.  lower energy when crossing the magnet  larger curvature A horizontal beam size and divergence (or emittance) and an energy spread is created. 320 Quadrupoles 224 Sextupoles The electron beam position is continuously measured at 224 positions around the ring with a resolution of 1mm with averaging. This deviation is minimized by a global correction by SVD method, which is computed every 30 sec. The correction is applied at 96 positions in each plane using steerer magnets.

7 (2.4 m bride à bride, 2m assemblage magnétique)
In-air Length =1.64 m Standard Revolver In-vacuum Length =2.4 m (2.4 m bride à bride, 2m assemblage magnétique) 10 mm externe 8 mm interne Standard Cryogenic

8 How do insertion devices work ?
Situation: sections droites de 5 mètres QD3 QF2 QD1 5 metres QD1 QF2 Dipôle QD3 N S lu Choose value of lu. Set K by altering the gap. ID Design Gap Determines K How do insertion devices work ?

9 Augmentation de la brillance
Upgrade de la source Augmentation de la brillance Brilliance = photons /s / mm2 /mrad2 /0.1% bandwidth Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

10 Brilliance = photons /s / mm2 /mrad2 /0.1% bandwidth
Power Consumption: SR (200 mA)= 5650 kW SR (0 mA) = 4300 kW Injector: kW E [GeV] =0.3 B [T] r [m] B=0.8 T r = 25 m = 4.6 MeV The power radiated around the length of the ring bending magnets by a current of 200 mA = 920 kW 14.4 kW /Dipole 9.3 MW stored Power generated by one undulator (1.6 m) = 3kW 2kW/mm2 at 200 mA Installed ID power = 250 kW (100 kW used)

11 Stability Criteria: Emittance growth < 20%  10% on beam size and 10% on beam divergence Horizontal Vertical Emittances 4 nm 30 pm b function 2.5 35 Beam size 45 mm 380 mm 9 mm Required stability 4.5 mm 38 mm 0.9 mm

12 Le concept ESRF Caractéristiques
40 stations expérimentales indépendantes et dédiées autour de l’anneau (844 mètres de circonférence). Fonctionnement 24h/24 & 7j/7 Taux de disponibilité 2008 : 98.4% Temps moyen entre deux pannes : 64 h. Lumière Synchrotron – rayonnement électromagnétique produit par des particules chargées (électrons,..) circulant à la vitesse de la lumière quand elles sont déviées. Large bande d’énergie/longueurs d’onde: De l’infra rouge (~0.1eV; ~10μm) Au rayonnement X dur (~1MeV; ~1fm) Qualités remarquables de la lumière synchrotron : Brillance Cohérence Emission pulsée (longueur d’un flash : 100 ps) De plus : Flux Polarisation Stabilité du faisceau

13 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

14 Operation planning Year 2009
User mode: 5648 Hours Machine Dedicated Time: 1288 Hours Shutdown: 1824 Hours Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

15 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

16 Au service de la recherche
La recherche scientifique… Science des matériaux Biologie Science de l’environnement Physique Médecine Chimie Chiffres clés de la recherche 2000 propositions de recherche 6300 utilisateurs 1500 sessions expérimentales 1500 publications scientifiques avec référé …et industrielle

17 ESRF Upgrade Un programme de développement (Upgrade) en parallèle de l’opération. (budget: 176 million Euros) New Beamlines and New Instrumentation Partnerships and Collaborations and Source Accelerator Experimental Hall Buildings Laboratory and Data Processing and Computing Structural/functional and soft matter biology, Science at extreme conditions imaging X-ray Nanoscience and nanotechnology Pump-and-probe time-resolved science experiments and New, better science Le programme d’Upgrade inclut: La source L’extension du Hall Expérimental 8 Nouvelles lignes de lumière avec le développent de l'instrumentation Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009 Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

18 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009
Upgrade de la source Objectif: Augmenter Flux/Brillance/Capacité Eviter l'obsolescence des équipements Maintenir la fiabilité Allongement des sections droites dédiées aux éléments d’insertion  Révision du système Radio Fréquence  Augmentation du courant Injection permanente pour les modes à fort courant par paquet  Maintien/Amélioration de la stabilité Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009 Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

19 Extension du Hall Expérimental: EX2
L’ESRF aujourd’hui L’ESRF demain Belledonne m (ID31-ID02) Vercors 120 m (ID06-ID09) Chartreuse 120 m (ID27-ID29) Peninsular 110 m (ID20-ID22) Objectif: Rallonger les lignes pour augmenter la focalisation et accroître la capacité en infrastructure. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

20 Extension du Hall Expérimental: EX2
LOB Hall existant EXPH2 Hall nouveau Laboratoires, bureaux, ateliers nouveaux  Point critique: Stabilité de la dalle Dates clés: Avant projet sommaire: Février 2010 Avant projet détaillé: Mai 2010 Début travaux: Eté 2011 Durée des travaux: 1an Contraintes: Limiter la période d’arrêt et les perturbations de stabilité induites durant le chantier. Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009 Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

21 Contrat de Projets Etat-Région 2007-2013
GIE: Grands Instruments Européens Centre pour Collaborations Scientifiques Restaurant Nouvelle entrée Réception Budget total: 15M€ Région Rhône-Alpes Grenoble Alpes Métropole  Ville de Grenoble Centre visiteurs Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 21

22 (Grenoble Isère Alpes Nano Technologies)
Le “Polygone scientifique” en mouvement! ESRF Upgrade ILL/ESRF CPER ILL Upgrade GIANT (Grenoble Isère Alpes Nano Technologies) Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009