AMELIORATIONS DE LA STABILITE DU FAISCEAU D’ELECTRONS DE SOLEIL Nicolas HUBERT Groupe Diagnostics, Synchrotron SOLEIL Journées des Accélérateurs Société Française de Physique 2-5/10/2011

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff SOMMAIRE Stabilité d’orbite dans les sources de 3e génération Développements pour Nanoscopium, nouvelle ligne de lumière longue Localisation des sources de bruit Feedforward analogique des insertions Boucle de compensation du Booster Intégration des XBPMs dipôles dans les feedbacks d’orbite 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Stabilité d’orbite Augmentation de la brillance par en diminuant l’émittance du faisceau d’électrons dans les 2 plans ( horizontal et vertical). Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles -> Réduction des dimensions transverses du faisceau d ’électrons: 1997, Super-ACO: Dimension verticale du faisceau dans les sections droites: ~230 µm 2013, NSLS II: Dimension verticale du faisceau dans les sections droites: ~2 µm 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Stabilité d’orbite Spécification généralement adoptée pour la stabilité: Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles   -> Augmentation de la stabilité d’un facteur 100 en 25 ans NSLS II: ΔZ <200 nm La stabilité d’orbite: une figure de mérite pour les sources de 3 génération Stabilisation du bâtiment Design mécanique (poutres, aimants) Régulation des températures (air et eau) Feedbacks d’orbite 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Nanoscopium Nouvelle ligne de lumière en construction Onduleur sur section droite cantée Ajout de 2 BPMs, 2 Correcteurs rapides (H&V) et 1 correcteur lent (H&V) -> modification des algorithmes de feedback d’orbite Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Ligne longue (160m) avec une faible dimension de faisceau au point source (10 µm plan vertical) et une forte focalisation -> Sera particulièrement sensible à la stabilité du faisceau 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Stabilité thermique Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Air Temperature Beam Position Beam Position Dependance with Air Temperature Pieds moniteurs position (BPMs) sont en acier inox Coefficient de dilatation thermique: 17 ppm/K Variation de température du pied de 0,2 °C (régulation de l’air du tunnel à 21±0,1°C) déplace le BPM de ~4 µm -> Etude de nouveau pieds BPM et XBPM pour Nanoscopium 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Stabilité thermique Matériaux candidats par leur grande stabilité thermique: INVAR (1,2 ppm/K) Silice fondue (0,55 ppm/K) Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Banc de mesure pour vérifier les coefficients de dilatation thermique 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Stabilité thermique Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Choix de l’INVAR pour Son coefficient de dilatation thermique suffisamment bon Une intégration mécanique beaucoup plus facile qu’avec la silice fondue Pas d’effet Pas d’effet visible sur le faisceau de ses propriétés magnétiques 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Hydrostatic Level System Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Réseau HLS dédié le long de Nanoscopium Observer (et corriger?) les déplacements (lents) des équipements sur la ligne (fixés sur différentes dalles) Intégrés aux Nouveaux pieds BPM et XBPM 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Localisation des sources de bruit Mesure de spectre sur la position du faisceau (moyenne sur tous les BPMs) Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Reconstruction d’une pseudo orbite (défaut) à la fréquence sélectionnée: 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Localisation des sources de bruit Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Effets des ventilateurs a proximité des chambres céramiques Fan Location Kickers (injection, machine study H&V) Shaker FCT Horizontal Plane 46Hz, 50 Hz 46Hz 54Hz, 108 Hz Vertical Plane 54Hz Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles PLAN VERTICAL Vertical noise < 200 nm (up to 160 Hz ) Effet du déplacement des ventilateurs kicker, shaker et FCT Bruit intégré vertical < 300 nm (0.1-500 Hz ) 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Feedforward analogique des insertions Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Y.M. Abiven: ‘SPI Boards Package, a New Set of Electronic Boards at Synchrotron SOLEIL’, ICALEPCS 2011 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Boucle de compensation du booster Perturbation dynamique et statique de l’orbite du faisceau dans l’anneau de stockage par le fonctionnement du Booster Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles µm/√(Hz) µm Fréquence (Hz) 3 Hz 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Boucle de compensation du booster Boucle de compensation installée dans le booster et alimentée par une alimentation dédiée. Les effets de chaque famille d’aimant (dipôle, quadrupoles et sextupoles) ont été mesurés et une waveforme corrigeant le défaut global est générée. Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles µm/√(Hz) µm Fréquence (Hz) 3 Hz J.P. Lavieville: THPO001, IPAC11 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

INSERTION DES XBPMS DIPÔLE DANS LES FEEDBACKS D’ORBITE Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Ajouter dans les feedbacks d’orbite l’information venant des XBPMs Dipoles pour améliorer la stabilité de ces lignes 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff Statut du projet Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles Participation aux tests et développement d’une nouvelle électronique pour les XBPMs (Libera Photon, Instrumentation Technologies) Synchronisation et corrélation des données de position entre XBPMs et eBPM Performances: Résolution < 6 nm RMS @ 10 Hz < 160 nm RMS @ 10 kHz Dépendance en courant < 1 µm sur la plage utile 5 Lignes de lumière sont équipées de la nouvelle électronique Tests d’intégration dans le feedback lent Septembre 2011 Tests d’intégration dans le feedback rapide Fin 2011 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff

Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff CONCLUSION Les spécifications sur la stabilité du faisceau sont toujours plus serrées (réduction dimensions transverses) La stabilité du faisceau doit être préservée ou améliorée lors des modifications de la machine (changement optique, ajout d’insertions) Des outils de diagnostics particulièrement utiles Analyses spectrales Localisation des perturbations Mesures de température De nombreux niveaux d’intervention Mécanique Électronique Systèmes de feedback Des développements permanents pour conserver de bonnes performances Stabilité Nanoscopium Localisation Feedforward analogique Compensation Booster XBPMs dipôles 02-05/10/2011 Nicolas HUBERT, Journées Accélérateurs, Roscoff 18