Les systèmes & mesures magnétiques F.Marteau

Les aimants de SOLEIL

De la conception aux mesures Optimisation avec logiciel 3D Tosca et Radia Conception mécanique et gestion des interfaces Spécifications techniques et plans de définition. Suivi de fabrication. Mesures magnétiques.

Bancs pour les dipoles dS V dx S 1 2 x y z

Banc dipôles booster Dipôles branchés en série La bobine de flux est constituée de 4 segments de 500mm mis en serie suivant la trajectoire Bobine réalisée en circuit imprimé 3 jeux de bobines sont installés aux rayons: R = 0. & R= +-12.5mm Dipôles branchés en série

Banc des multipôles Centrage Analyse harmonique

Capteur BMS Très rigide Réglage de l’angle Pas d’effet de fleche  pas de mesures compensées Analyse Harmonique à R = 30 mm Réglage de l’angle mieux que  0.1 mrad Réglage du centre magnétique mieux que  25 mm

Principe de centrage

Resultats du centrage Période de 6 mois de mesure Très faible couplage sur l’anneau mesure du tilt correct

Quadrupole : Analyse harmonique Bn = bn/b2, exprimé en 10-4 @ R = 30 mm pour I = 200 A Harmoniques Quadrupoles courts Quadrupoles longs Moyenne srms A3 0.4 3.2 -0.2 3.8 B3 -1.0 2.9 3.1 1.3 B4 -2.9 3.7 -8.2 1.8 B6 1.9 0.5 0.6 B10 0.7 (1.4)* 0.1 1.9 (1.8)* B14 0.9 (0.7)* 1.0 (1.7)* ( )* : Valeurs théoriques

HU640 Electro-magnetic Period [mm] 640 Period number 14 Type Mag. gap [mm] 19 Polarisation LH/LV/ellipt. Peak field [T] 0.09 (H) 0.11 (V) Quasi-Périodic No Energy (eV) 5 – 40

HU640: les mesures magnétiques Sensor guide Interferometer Optical elements Thermalized Hall Probe 2D Hall Probe Location of the Cube reflector « target » Les mesures sont faites sur un banc spécial de 12 m avec sondes de Hall et bobines de flux.

HU640: les mesures magnétiques Mesures sur l’axes des champs horizontaux (vert) et verticaux (Bleu/Rouge) des trois type de bobines (vert : 0 - 550A/ Bleu: 0 - 400A/ Rouge: 0 - 300A) Précision pour Bx et Bz: +/- 30 µT Reproducibilité sur Bx and Bz: +/-20 µT Reproducibilité sur Ix and Iz: +/- 50 G.cm and +/- 15 G.cm by averaging Onduleur composé uniquement de bobine Linéarité du champ en fonction du courant

HU256 Electro-magnetic Period [mm] 256 Period number 12 Type Mag. gap [mm] 50 (H)/15 (V) Polarisation LH/LV/ellipt. Peak field [T] 0.28 (H) 0.40 (V) Quasi-Périodic Yes Energy (eV) 10 – 1000

L’onduleur HU80 installé dans le tunnel Period [mm] 80 Period number 19 Type Apple-II Mag. gap [mm] 15.5 - 250 Polarisation LH/LV/ellipt. Peak field [T] 0.75 (H) 0.98 (V) Quasi-Périodic Yes Energy (eV) 40 – 1600

Onduleur sous vide U20 Hybrid In-Vac Period [mm] 20 Period number 98 Type Hybrid In-Vac Mag. gap [mm] 5.5 - 30 Polarisation LH Peak field [T] 0.95 Quasi-Périodic No Energy (eV) 3000 – 18000

Bancs utilisés Bancs de mesure équipés: Bobines tournantes pour Ix et IZ Platines 2 axes +/- 125 mm Plateaux tournants Sondes de Hall selon 3 axes Moteur linéaire 3500 ou 5500 mm

Bancs utilisés Sondes à effet Hall

Fabrication d’un onduleur Assemblage Installation des modules. Shimming des aimants permanents. Magic finger. Calibration des bobines de correction. Installation sur la machine Caractérisation et compensation des effets sur le faisceau

Construction Apple II HU52 M1 M3 M5 MF z x s M5 M1 M3 Term. Module Trois types de modules (M1/M3/M5) Montage des aimants selon tri génétique sur les modules (à partir des mesures avec bobines Helmholtz) Mesures des modules sur le châssis Assemblage des modules par itérations selon IDbuilder Shimming pour améliorer le spectre et la trajectoire « Magic finger » pour reduire les composantes multipolaires

Mesures magnétiques Assembly Assembly Phase:-90° to +90° Shimming and MF Shimming and MF

Effets sur le faisceau

In-Vac Wiggler WSV50 Type Hybride Aimants Poles NdFeB: 1.22 T Permendur Période 50 mm Gap Homogénéité 5.5 mm : gap utile 100 mm : Parking gap 1 % à +/- 30 mm Champs max 2.1 T Force Magnétiques 10 Tonnes Châssis châssis modifié U20 Motorisation 3 moteurs : Contrôle commande SOLEIL

EMPHU Prototype Paramètres Refroidissement Pole Aimants Type PM (Bx)/Electro(Bz) Periode 65 mm Gap 15.5-250 mm Champs Maximum Bx=Bz=0.24 T Nombre de périodes 25 Inversion de champ 40 ms Alimentation (+/-340A) Bobines 2 mm tôles Cu (découpe au jet) avec feuilles kapton 50 mm 5440 A.t Aimants NdFeBo: 1.22 T Refroidissement Pole Aimants

Alimentations pour l’onduleur EMPHU65 Alimentations des électroaimants Le fonctionnement du synchrotron nécessite un grand nombre d’alimentations de puissance dont la définition, la recette et la mise en service ont été assurées par le groupe Alimentations & Aimants Pulsés de la division Sources. Ce groupe est maintenant en charge de leur maintenance et de nouveaux développements dans ces domaines. Alimentations pour l’onduleur EMPHU65 Les alimentations de l’onduleur électromagnétique EMPHU sont conçues et réalisées en interne par le groupe Alimentations & Aimants Pulsés. Cet onduleur nécessite : une alimentation principale fournissant un courant pouvant varier rapidement en 40 ms max, sur toute la plage de +350A à -350A, sans overshoot. Elle doit présenter une résolution et une stabilité sur le courant établi de +/-50 ppm. des alimentations de corrections rapides (quelques centaines de Watts), destinées à compenser les pics de transition, synchronisées aux variations de l’alimentation principale. Montage des semi-conducteurs de puissance pour l’alimentation de l’onduleur EMPHU Cartes de régulation et de conversion Analogique / Numérique L’alimentation principale de l’onduleur EMPHU est de technologie à découpage. Son rendement théorique est de 85%. La régulation du courant de sortie est entièrement numérique.

Autres développements du groupe Alimentations & Aimants Pulsés Variation de l’entrefer de l’onduleur U20 de la ligne PX1 Alimentations des Insertions Dans le cadre du travail pour minimiser l’impact sur la stabilité du faisceau des variations d’entrefer et de phase des insertions motorisées, le groupe Alimentations & Aimants pulsés va modifier le mode de pilotage des alimentations de correcteurs de ces onduleurs. La lenteur des interfaces Profibus de ces alimentations engendre des temps de réponse inadaptés à la correction d’orbite par anticipation (feedforward). Par ailleurs le synchronisme entre les alims est insuffisant, ce qui dégrade encore la stabilité du faisceau lors des variations d’entrefer et/ou de phase. Un mode de pilotage en analogique va être conçu et mis en place sur chacune de ces alimentations. Il devrait permettre de réduire notablement les transitoires d’orbite constatés lors des changements de configuration d’une insertion. Pics d’orbite Gap Alim pour une boucle de correction Booster Salle Alimentations du Booster Les courants différents dans les câbles des aimants quadrupôles et sextupôles du Booster perturbent l’orbite du faisceau stocké. Une boucle de courant de compensation, alimentée par une alimentation fournissant un courant de correction, va être installée en vue du Top Up. Cette alimentation sera développée par le groupe Alimentations & Aimants pulsés cette année. Alims dipôles Alims quadrupôles

Les compétences et l’expérience disponibles dans le groupe Alimentations et Aimants Pulsés couvrent : La spécification technique d’alimentations de puissance en fonction du besoin, La sélection de sous-traitants, le suivi de fabrication, les réceptions, Les mesures des performances en laboratoire : 10 ppm de stabilité, ou 50 ppm selon les alims. Le réglage du tracking entre alimentations (suivi à chaque instant) : 10-3 pour les alims du Booster. La conception complète de nouvelles alimentations : Convertisseur de puissance, Commande numérique, régulation de précision, mesures, Interfaces de contrôle à distance. La réalisation d’alimentations spécifiques, les tests et mesures de performances. L’amélioration des performances des alimentations, en fonction des nouveaux besoins : Modification des régulations, Modification des interfaces de contrôle. La maintenance des alimentations (de conceptions différentes selon les fournisseurs). La gestion des rechanges nécessaires.

Conclusion Acquisition du savoir-faire pour la conception magnétique (Electro-aimants et insertions) Développement de bancs de mesures magnétiques Maintient des équipements en état de marche Activités de construction d’insertions importantes Relation étroite avec le groupe Alim le fonctionnement en mode dynamique des insertions