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A Light for Science. Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron ST ISN INPG CEA Schneider CNRS ILL EMBL.

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1 A Light for Science

2 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron ST ISN INPG CEA Schneider CNRS ILL EMBL IBS ESRF polygone scientifique de Grenoble

3 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 LESRF en bref LESRF 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 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Qualités remarquables de la lumière synchrotron De plus : Flux Polarisation Stabilité du faisceau Brillance Cohérence Emission pulsée (longueur dun flash : 100 ps) Synchrotron Radiation (SR) Paquet délectrons 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 dénergie/longueurs donde: De linfra rouge (~0.1eV; ~10μm) Au rayonnement X dur (~1MeV; ~1fm)

5 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 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 Slightly higher field at low gaps/period but field correction more difficult to perform ID magnetic structures 80 % of ESRF IDS 20 % of ESRF IDs Vacuum Tube Min Gap Adjustable Gap Magnet array Out Of Vacuum Undulator Vacuum Tube Adjustable Gap Magnet array In Vacuum Undulator e-e- e-e- Advantage of the in vacuum device: much smaller minimum gap, and hence larger K max for a given u. 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. 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 Gap min=11 mm Gap min=5 mm

6 Visite INSA - JL REVOL - Janvier Dipoles 320 Quadrupoles 224 Sextupoles Generation of emittance by radiation Electron 2 emits e at the exit of the bending magnet. same energy when crossing the magnet stay on the reference trajectory Electron 1 emits E 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. The electron beam position is continuously measured at 224 positions around the ring with a resolution of 1 m 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 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 In-air Length =1.64 m In-vacuum Length =2.4 m Standard Revolver Standard Cryogenic (2.4 m bride à bride, 2m assemblage magnétique) 10 mm externe 8 mm interne

8 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Situation: sections droites de 5 mètres QD3 5 metres QD1 QF2 QD1 QD3 Dipôle NSNS NS NSNSN S u 1.Choose value of l u. 2.Set K by altering the gap. ID Design Gap Determines K How do insertion devices work ?

9 Slide: 9 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009 Augmentation de la brillance Brilliance = photons /s / mm 2 /mrad 2 /0.1% bandwidth Upgrade de la source

10 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Brilliance = photons /s / mm 2 /mrad 2 /0.1% bandwidth = 4.6 MeV The power radiated around the length of the ring bending magnets by a current of 200 mA = 920 kW E [GeV] =0.3 B [T] [m] B=0.8 T = 25 m 14.4 kW /Dipole Power generated by one undulator (1.6 m) = 3kW Installed ID power = 250 kW (100 kW used) 2kW/mm 2 at 200 mA Power Consumption: SR (200 mA)= 5650 kW SR (0 mA) = 4300 kW Injector: kW 9.3 MW stored

11 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 HorizontalVertical Emittances4 nm30 pm function Beam size 45 m380 m9 m Required stability 4.5 m38 m0.9 m Stability Criteria: Emittance growth < 20% 10% on beam size and 10% on beam divergence

12 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Caractéristiques 40 stations expérimentales indépendantes et dédiées autour de lanneau (844 mètres de circonférence). Fonctionnement 24h/24 & 7j/7 Taux de disponibilité 2008 : 98.4% Temps moyen entre deux pannes : 64 h. Le concept ESRF

13 Slide: 13 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

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

15 Slide: 15 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009

16 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 La recherche scientifique… Science des matériaux Biologie Science de lenvironnement Physique Médecine Chimie …et industrielle Au service de la recherche Chiffres clés de la recherche 2000 propositions de recherche 6300 utilisateurs 1500 sessions expérimentales 1500 publications scientifiques avec référé

17 Slide: 17 Visite INSA - JL Revol - Janvier 2009Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 ESRF Upgrade Un programme de développement (Upgrade) en parallèle de lopération. (budget: 176 million Euros) Le programme dUpgrade inclut: La source Lextension du Hall Expérimental 8 Nouvelles lignes de lumière avec le développent de l'instrumentation New, better science

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

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

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

21 Visite INSA - JL REVOL - Janvier 2010 Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 Contrat de Projets Etat-Région Budget total: 15M Région Rhône-Alpes Grenoble Alpes Métropole Ville de Grenoble GIE: Grands Instruments Européens 21 Centre visiteurs Centre pour Collaborations Scientifiques Restaurant Nouvelle entrée Réception

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


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