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L’onduleur Hélicoïdal Electromagnétique à Aimants Permanents de SOLEIL (Electromagnetic Permanent Magnet Helical Undulator) F. Marteau, D. Aballea,Y.M.

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1 L’onduleur Hélicoïdal Electromagnétique à Aimants Permanents de SOLEIL (Electromagnetic Permanent Magnet Helical Undulator) F. Marteau, D. Aballea,Y.M. Abiven, P. Berteaud, F. Blache, F. Bouvet, L. Chapuis, F. Choueikani, T. Elajjouri, A. Mary, N. Leclercq, P. Ohresser, E. Otero, K. Tavakoli, M.E. Couprie

2 Introduction Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud •Onduleur → Système qui crée un champ magnétique périodique, produisant de la lumière quand un faisceau d’électrons le traverse. Onduleur HU52 Lucia Photons (Polarisation horizontale) Champ magnétique périodique vertical Electrons Principe du rayonnement synchrotron dans un système magnétique Z X S Période de l’onduleur Facteur de déflection de l’onduleur Paramètres de la machine Contraintes côté machine: Contraintes côté ligne de lumière: → énergie, brillance, stabilité en position •L’installation d’un onduleur implique donc: Longueur d’onde

3 Descriptions Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud •L’onduleur Hélicoïdal HU65 EMPHU: MachineLigne de lumière DEIMOS HU65 EMPHUHU52 installé Intégrale première ± 0,2 G.m Fondamental350 eV min Basculement<100 ms10 s Intégrale seconde ± 1G.m 2 Reproductibilité de position ±5 %* Cahier des charges HU65 EMPHU * De la taille du spot → exemple: ±25 µm sur un spot de 500 µm. -H1(B z ) = H1(B x ) déphasé de → polarisation circulaire des photons émis. -H1(-B z ) = H1(B x ) déphasé de → polarisation circulaire opposée des photons.

4 Onduleur Système magnétique HU65 EMPHU Z X S Bz Bx •Caractéristiques: -26 Périodes de 65 mm. -Champ B x → aimants NdFeB: H1(Bx) = 0,24 Entrefer = 14,7 mm -Champ B z → pôles acier-silicium (tôle à transfo) et bobines Cu: H1(Bz) = ±0,24 Entrefer = 14,7 mm / ±350 A Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Entrefer

5 Z S X Mise en série I (A) Feuille Cu N°1 Feuille Cu N°2 Champ vertical B z •Constitution et principe des bobines de champ vertical: Champ vertical Assemblage EMPHU Principe des bobines EMPHU Coupe transverse -32 feuilles Cu de 1,5 mm découpées au jet d’eau. -9 plaques de refroidissement Cu de 2,5 mm. -Feuilles d’isolation en Kapton de 40 µm. Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Pôle Circuit 21°C Kapton Feuilles Cu Plaques de refroidissement Z S X Z S X

6 Alimentations •Alimentations à commutation rapide: Baie principale HU65 EMPHU Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud -Toutes développées et assemblées à SOLEIL par le Groupe Alimentation. -Electronique rapide capable de basculer en 100 ms. -1 alimentation principale ±350 A. -8 alimentations de corrections. -Entrée analogique ou numérique (Profibus). -SPIcontrôleur développé par le Groupe Electronique Contrôle et Acquisition → synchronisation analogique (~2µs) -L’ensemble complet est piloté via le système de contrôle TANGO. Baie de contrôle et correction HU65 EMPHU SPIcontrôleur CPCI Alimentations de corrections Alimentation principale

7 Echauffement •Mesures Thermiques: -18 sondes de température en Platine (PT100) sur chaque plaque de refroidissement (centre de l’onduleur). -6 sondes dans les endroits stratégiques pour les mesures (aimants, poutres et circuit d’eau). ≈ 40 min PT100 EMPHU Câblage PT100 Δp = 8,4 Bar Débit = 38,4 l/min Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud

8 Sécurités & Alarme •Trois systèmes de sécurité: -Thermique: 18 vigithermes en série sur les circuits de refroidissement des bobines. -Hydraulique: 1 débitmètre au niveau de la sortie générale. -Air: 2 contacts d’alarme au niveau des moteurs d’aspiration. Circuit Vigithermes Circuit d’aspiration Circuit de refroidissement Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud

9 Correcteurs •Deux types de correcteurs pour le champ vertical: -Internes en opposition: IP1/IP50 → position de sortie du faisceau d’électrons de l’onduleur. HUE/HUS → direction d’émission du faisceau de photons. -Externes: CHE, CVE → intégrales résiduelles des champs verticaux et horizontaux. CHS, CVS CHE CVE HUE IP1 Système de corrections Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud HUS IP50 CHS CVS

10 Hystérésis & corrections •Cyclage et corrections champ horizontal: Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud -Le résidu d’intégrale de champ vertical à 0 A est faible ≈ -30 G.cm -Sa reproductibilité est de 3 G.cm, donc l’hystérésis est très faible. IBP (A) Intégrale Iz 0 à X = 0 mm (G.m) 350-1,33 0-0, ,02 0-0,31 ΔIz 0 (G.m)0,03 Mesures d’Hystérésis -6 cycles à I = ±350A avec les correcteurs intégrés IP1/IP50 = ±22 A. -Les intégrales de champs générées par les aimants permanents sont corrigées mécaniquement à I = 0 A.

11 Mesures statiques •Points de fonctionnement: Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud ΔB = 39 Gauss représente 1,5% → taux de polarisation >99% -Pour différents entrefers (14,7 → 50 mm): Réglage du courant principal pour avoir H1(B z ) = H1(B x ) → Champ hélicoïdal ce qui définit les points de fonctionnement statique. Correction de la trajectoire avec les courants IP1/IP50.

12 I = +350 A IP1 = +8,68 A IHUE = +8,42 A I = -350 A IP1 = -9,93 A IHUE = -5,18 A Calcul SRW à I = +350A Axe S (m) Trajectoire horizontale (µm) Mesures statiques •Réglage de la direction d’émission: -Celle-ci est prise en compte pour la correction avec les courants HU. -Les calculs des profils transverses de rayonnement à 350 eV à partir des champs mesurés pour un électron montrent des différences de pointé horizontal et vertical nulles (Surface de flux 0.2mm x 0.2mm à 13 m). Calcul SRW à I = -350A Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Δ dir_X = 1 µRad sur une émission = 30 µRad → 3,3% La tolérance maximum est de 5%

13 Mesures statiques •Exemple de Table Statique: Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Courants Efficacités des correcteurs internes Angles calculés CHE/CHS & CVE/CVS Champs magnétiques Paramètres du spectre Paramètres des directions d’émission

14 Mesures dynamiques •Système de mesures: Mesures dynamiques HU65 EMPHU -Les transitions rapides induisent des courants de Foucault dans la chambre à vide. -Il faut les compenser afin de ne pas perturber le faisceau d’électrons. -Cela nécessite donc une correction dépendante du temps. -Installation d’une chambre à vide SOLEIL. -Installation des correcteurs externes. -Mesures d’intégrales → bobine de flux (fils de Litz). -Mesures de positions de sortie verticale et horizontale → la méthode « Twisted Coil ». -HUE/HUS → pas de correction de la direction d’émission lors du basculement (linéaire). IP1 CVS IP50 HUS HUE Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud CVE

15 Mesures dynamiques •Correction dynamique de la position horizontale de sortie: -La position de sortie est corrigée à ±2 µm après la troisième itération (Tolérance ±3µm). -La correction de l’intégrale de champ s’effectue de la même manière avec les correcteurs CHE/CHS avant la correction de la trajectoire car la méthode « Twisted coil » ne fonctionne que pour une intégrale nulle. Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud →It0 avec la dernière forme de courant IP du gap précédent. -Correction itérative d’après la réponse impulsionnelle du système (1A / 1ms). -Méthode des moindres carrés pour les problèmes linéaires (Matlab).

16 Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Conclusion •Mesure sur la ligne de lumière Deimos: -Une première mesure de Dichroïsme a été réalisée sur un échantillon de Cobalt. -Les résultats montrent que HU65 EMPHU fonctionne bien et est aussi performant que l’onduleur AppleII HU52 (plus rapide). HU65 EMPHU dans l’anneau de stockage -Le signal de dichroïsme du cobalt étant élevé, cette mesure ne permet pas encore de qualifier complètement l’onduleur HU65 EMPHU. -Mais d’autres mesures viendront afin de pousser cet onduleur à 100% de ses capacités…

17 Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud Merci de votre attention…

18 Annexe •Méthode de correction: -Pour différents gap entre 14,7 et 35 mm, nous mesurons l’effet d’une impulsion de courant (1A/1ms) sur chaque correcteur. -Ces signatures sont intégrées à Matlab dans une matrice de réponses « [A] » -Nous utilisons la méthode des moindres carrés pour les problèmes linéaires: X.[A] = b Journées Accélérateurs SFP 16/10/ P. Berteaud -Après avoir mesuré les défauts des transitions « D », Matlab calcul une forme de vecteur courant « x » pour minimiser la quantité ∑(b-D) 2.= Vecteur réponse b Vecteur courant IP X [A]


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