Les moniteurs de position de ThomX Nicolas Delerue, Iryna Chaikvoska, Viacheslav Kubytskyi - LAL Marie Labat, Nicolas Hubert - SOLEIL

Sommaire Présentation générale du sous-système et de son fonctionnement Etat d'avancement: Transfert des responsabilités LAL => SOLEIL (si applicable) Équipements manquants Équipements pas encore testés Équipements pas encore testé avec le CC (si applicable) Progrès de l'assemblage des composants (si applicable), intervention entreprise extérieure nécessaire (si applicable) Planning d'installation dans l'igloo (identification des étapes pour l'installation, durée, et date d'installation si celle-ci est définie, dépendance avec d'autres sous- systèmes) Liste des tests de validation sur site. Liste des tests de validation sur site avec le CC (si applicable).

Principe physique Des électrodes sont utilisées pour mesurer le courant induit lors du passage de particules chargées relativistes. Le signal induit est proportionnel à la distance entre les particules et les électrodes. La soustraction du signal sur deux électrodes opposées donne une information sur la position du faisceau entre ces deux électrodes. La somme du signal sur 2 (ou 4) électrodes est proportionelle à la charge et indépendant de la position.

Signal sur les électrodes Stage d’Alexandre Moutardier

Exemple de mesures MOUTARDIER Alexandre Stage d’Alexandre Moutardier Premier test : faisceau de particules = électron dans un fil 2 positions extrémals : → Rouge = haut gauche, vert = bas droit → échange des couleurs → plus proche = plus grande amplitude → exemple quantitatif du fonctionnement d’un BPM Stage d’Alexandre Moutardier

Appareil mécanique Selon les besoins, les électrodes peuvent être longue (stripline) ou courtes (buttons). Les BPMs ont été conçus et réalisés au LAL (avec les conseils de SOLEIL).

Position measurement (BPM) Mechanics 5 Striplines for Linac and Transfer Line 1 striplines on the LINAC 4 striplines on the transfer line λ/4 @ 500 MHz -> Electrode length = 150 mm Resolution requirements: < 100 µm for 1 nC 4 electrodes @ 90° covering ~2/3 of circumference Linac stripline has different design due to larger vacuum chamber diameter Design, mechanics and soldering (feedthroughs) are done at LAL Electrical tests and calibration done at SOLEIL LINAC LT Calibration using a logic network analyzer

Position measurement (BPM) Mechanics 12 button BPMs for the storage ring Resolution ~1 µm @ 10 Hz Prototype done at LAL Mechanics and soldering are done by RIAL Vacuum, to be delivered in spring Additional electrodes on double BPM for: Transverse and longitudinal bunch by bunch feedbacks Polarization for ion cleaning ESRF (old) type 10 mm button BPM prototype 4, 6 and 8 buttons BPMS

Position measurement (BPM) Electronics Libera Brilliance+ (Instrumentation Technologies) 4 BPM boards per crate Data Flow: Single Pass for Linac and Transfer Line @ 8,33 MHz (half rev. freq.) ~turn by turn data for storage ring @10 Hz slow acquisition data for storage ring Automatic gain control Post-mortem and interlock possibilities Tango device available and fully configurable embedded on the ARM processor Libera Brilliance + Design (adaptation) Manufacturing Reception tests (more than one year…)

Position measurement (BPM) Electronics Acceptance tests: Turn by Turn (8.33 MHz) and Slow Acquisition data (10 Hz) Test bench for acceptance test Turn by Turn Data Slow Acquisition Data Beam current dependence µm Specification ThomX working point Beam current dependence Standard deviation (100 samples) ThomX working point Standard deviation (10 ksamples) Input level (dBm) Input level (dBm)

Position measurement (BPM) Electronics Acceptance tests: Single Pass Data Specification Beam current dependence Standard deviation (10 ksamples) Specification Test bench for acceptance test

Tests des BPMs sur banc Stage d’Alexandre Moutardier Alexandre a testé les BPM sur un banc de mesure avec un fil traversant

Mesure des décalages Dans la suite : config orthogonal (simplifie) MOUTARDIER Alexandre Mesure des décalages Voici une exagération des asymétries qu’il peut y avoir dans un BPM Dans la suite : config orthogonal (simplifie) Centre électrique = même valeurs sur les deux électrode opposé Cherche a déplacé ce centre électrique pour le centrer sur les 2 axes formé par les électrodes opposé => ajoute une constante de décalage en x et en y → équation (ppe BPM quantitative) 3 septembre 2018

Conversion du voltage en millimètre MOUTARDIER Alexandre Conversion du voltage en millimètre Position x en mm = kx x (Vhaut – Vbas) + décalagex Vhaut Vgauche Vdroite Vbas Conversion mV ↔ mm Prise en compte du décalage → mesure grave à un analyseur de réseau (→ mesure réalisé, mais pas exploitée) Kx = facteur de conversion Pour mes travaux j’ai pris Kx = 14136 m.V-1 car résultat d’une simulation électro-statique → banc de test permet de mesurer kx et ky Position y en mm = ky x (Vdroite – Vgauche) + décalagey 3 septembre 2018

Montage mécanique MOUTARDIER Alexandre Moteur Horizontal BPM et fil Principaux éléments de mon montage : →3 BPM monter en bloc Un bloc = même signal BPM impr entouré = vérifier en cas d’asymétrie Entre : tube (sers de liaison ici, assure la continuité des accélérateurs pour empêché les réflexions électromag en acc) →2 moteurs 2 mvt Bouge BPM pour évité vibration →1 fil parcouru par un courent = simule faisceau → fil parcouru par un courent électrique => partie élec du montage Moteur Vertical 3 septembre 2018

Générateur haute fréquence MOUTARDIER Alexandre Montage électrique Libera Générateur d’impulsion Générateur haute fréquence Courent dans le fil créé par le générateur d’impulsion Moteur bouge grâce au module WAGO contrôler par un code informatique Libera brillance + (de instrumentation Technologies(Slovène)) : chassie créé exprès pour lecture BPM Très puissant et compliqué a utilisé jusqu’à 4 BPM Nécessite un signal de 8MHz => besoin de géné haute freq → en résumé schéma montage Module WAGO 3 septembre 2018

Schéma du montage MOUTARDIER Alexandre Voici un schéma de mon montage final Moteur pour bouger BPM Générateurs pour créé impulsion dans fil et pour fournir horloge au libera Ordinateur Tango pour lire le libera (difficile a mettre en place) Règle optique → donne une valeur précise de la position verticale du BPM → grâce a ce montage, on a obtenu  en horizontal: 3 septembre 2018

Longueur d’après le libera en fonction de la longueur réelle MOUTARDIER Alexandre Longueur d’après le libera en fonction de la longueur réelle Longueur Libera vs longueur calculer a partir des pas du moteur (en mm) Moyenne sur 100 pts, barre d’erreur = ecart type, présente mais pas visible Vert = BPM impr équivalent au deux autre Pointillé = régression linéaire → très bon coeff de linéarité, mais on vois des non linéarité au bord (que l’on attendait, elles ont était vu dans des simulation) → Partie importante : le centre +- 5mm = partie ou est censé être le faisceau => coupe 3 septembre 2018

Coupe sur 5mm autour du centre MOUTARDIER Alexandre Coupe sur 5mm autour du centre Coupe de 5mm autour du centre Excellent coef de corrélation (plus de 0,99) Sensé avoir des pentes de 1 => kx pas bon (a changer d’un coef 1/pente) Données toujours très similaire entre BPM clasique et impr → moyen de comparaison : Résidu 3 septembre 2018

Résidu = | données expérimentales - régression linéaire | MOUTARDIER Alexandre Résidu = | données expérimentales - régression linéaire | Résidu = valeur absolu de la difference « données moins approximation linéaire » Permet de comparer les données a la théorie de linéraité → voici les résudus 3 septembre 2018

Résidu moyen en horizontal MOUTARDIER Alexandre Résidu moyen en horizontal Résidu moyen calculer à 5mm autour du centre : Résultat très similaire pour les 3 BPM Erreur moyenne de l’ordre du quart de mm → plutôt bon Le BPM impr semble aussi performant que les classique → même étude en verticale 3 septembre 2018

Longueur d’après le libera en fonction de la longueur réelle MOUTARDIER Alexandre Longueur d’après le libera en fonction de la longueur réelle Longueur libera vs longueur réel lu a la règle optique Courbe semblable au cas vertical, Même remarque (moyenne 100pts, impr comme les autre, plutôt bonne régression même si effet de bord (=> 5mm autour du centre)) Mais !!!! → Décrochage autour de -5mm (zoom) Coordonnee y lue à la règle optique (en mm) 3 septembre 2018

Décrochage MOUTARDIER Alexandre Pas de décrochage BPME BPMimpr BPMC Zoom sur le décrochage Problème : qu’est ce que c’est ? → sur BPM impr et un autre, → légèrement décalé entre les BPM Hypothèse : Mauvais mvt du moteur → pas sur les 3 et positions lu a la règle optique Changement de calibre du libera → déjà vu a l’oscillo Quelque chose dans le BPM (cheuveux?) → dans 2 BPM quasiment au même endroit => a comprendre, analyse sur 5mm 3 septembre 2018

Coupe sur 5mm autour du centre MOUTARDIER Alexandre Coupe sur 5mm autour du centre Zoom sur 5mm autour du centre des données Comme en horizontal : Bon coeff de corrélation Impr toujours similaire au deux autres → résidu pour réellement comparer Coordonnee y lue à la règle optique (en mm) 3 septembre 2018

Résidu moyen en vertical MOUTARDIER Alexandre Résidu moyen en vertical Résidu moyen calculer à 5mm autour du centre : Comme horizontal : Résultat très similaire pour les 3 BPM Erreur moyenne de l’ordre de la centaine de µm → ce à quoi on s’attend (taille du fil) Le BPM impr semble aussi performant que les classique (entre les deux ici) → conclusion Coordonnee y lue à la règle optique (en mm) 3 septembre 2018

Conclusion du stage d’Alexandre Moutardier MOUTARDIER Alexandre Conclusion du stage d’Alexandre Moutardier Remerciment : → Nicolas Delerue pour le stage → Sephen Jenzer pour avoir créé le BPM impr et pour m’avoir aidé sur la conception du montage final → Nicolas Hubert et moussa El Ajjouri de soleil pour leur aide sur le Libera et leurs données prise sur l’un des BPM →Tout le groupe diagnostique pour leur accueil 3 septembre 2018

Tests des BPMs sur PHIL Présentation d’Iryna