Performances et programme d'Upgrade de l'ESRF Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron ST ISN INPG CEA Schneider CNRS ILL EMBL IBS ESRF “polygone scientifique” de Grenoble Société Française de Physique Performances et programme d'Upgrade de l'ESRF Jean-Luc Revol (Operation manager) Pour la Division Source et Accélérateur

L’ESRF en chiffres L’ESRF est une société civile de droit français, financée par 19 pays. L’ESRF est en opération depuis quinze ans Inauguration: 30 Septembre 1994 Budget annuel : 80 M Euros. Répartition du budget % France 27,5 Allemagne 25,5 Italie 15 Royaume-Uni 14 Espagne 4 Suisse 4 Benesync 6 (Belgique, Pays-Bas) Nordsync 4 (Danemark, Finlande, Norvège, Suède) Partenaires scientifiques : Portugal 1 Israël 1 Autriche 1 Pologne 1 Centralsync 1,05 (République tchèque, Hongrie, Slovakie) Environ 40 stations expérimentales anneau 844 mètres de circonférence Taux de disponibilité du faisceau 2008: 98.4% Temps moyen entre deux pannes 2008: 64 heures 600 Employés originaires de 30 pays En 2008: 2000 Propositions de recherche ~ 6300 Utilisateurs, 1500 Sessions expérimentales ~ 1500 Publications scientifiques avec référé Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

ESRF Upgrade 2008-2017 Un programme de développement (Upgrade) en parallèle de l’opération. (budget: 176 million Euros) New Beamlines and New Instrumentation Partnerships and Collaborations and Source Accelerator Experimental Hall Buildings Laboratory and Data Processing and Computing Structural/functional and soft matter biology, Science at extreme conditions imaging X-ray Nanoscience and nanotechnology Pump-and-probe time-resolved science experiments and New, better science Le programme d’Upgrade inclut: La source L’extension du Hall Expérimental 8 Nouvelles lignes de lumière avec le développent de l'instrumentation Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

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

Augmentation de la brillance Upgrade de la source Augmentation de la brillance Brilliance = photons /s / mm2 /mrad2 /0.1% bandwidth Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Situation: sections droites de 5 mètres QD3 QF2 Dipôle QD1 5 metres QD1 QF2 QD3 Situation actuelle: Utilisation d’une optique avec les Quadrupoles de chaque coté de toutes les sections ID non alimentés depuis 1 an (QD1 en haut beta et QD8 en faible beta). Objectif: Démonter une/des paire(s) de quadrupoles pour dégager de la place pour des éléments d’insertion. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Allongement à 6 mètres 10 mm externe 8 mm interne Remplacement des chambres à vide amont et aval Installation d’une chambre ID de 6 mètres en aluminium avec un dépôt de surface de type NEG [alliage TiZrV (30% titane, 30% zirconium et 40% vanadium) déposé par pulvérisation cathodique] Section 5 mètres standard Section étendue 6 mètres (6173 mm) Modification câblage, tuyauteries, supports mécaniques Transfert vannes, pompes à vide, chambres de transition, moniteurs de position, soufflets à la place des quadrupoles Statut: Une section droite convertie à 6 mètres durant l’été 2009. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Occupation des sections à 6 mètres In-air Longueur actuelle =1.64 m Usage des sections à 5 mètres: 3 in-air 2 In-vac 1 In-vac +1 in-air 2 In-air + canting (ID23)  Environ 70 segments installés Standard Revolver Les 1.1 mètres additionnels offrent un potentiel pour de nouvelles configurations avec les mécaniques actuelles. Des mécaniques In-air de 1.4 mètres et In-vac de 2.5 mètres magnétique sont en cours d’étude. In-vacuum Longueur actuelle =2.4 m Standard Cryogenic (2.4 m bride à bride, 2m assemblage magnétique) Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Deux stations expérimentales / section droite Occupation des sections à 6 mètres Deux stations expérimentales / section droite Onduleur A Onduleur B Aimant permanent de déviation Déviation intégrée dans les sextupoles Angle de séparation = 2 x 2.7 mrad (Angle limité par les absorbeurs de puissance des chambres à vide avales) Statut: Aimants de déviation en cours d’approvisionnement. Effets sur l’efficacité d’injection en cours d’étude. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Allongement à 7 mètres 5 mètres 6 metres 7 metres 7 metre Objectifs: Qd3 Qd1 Qd1 QF2 QF2 Qd3 S6 S4 S4 S6 5 mètres Exemple haut b Qd3 QF2 QF2 Qd3 S6 S4 S4 S6 Qd3 S6 S4 QF2 7 metres 7 metre ID 1.6 m C 6 metres Objectifs: Augmenter la flexibilité ID et gagner en photon Distribuer les cavités radiofréquence qui occupent actuellement 3 sections droites. Efforts additionnels pour aller à 7 mètres : Re-design chambres à vide amonts et avals Nouveaux quadrupoles Alimentations Individuelles Nouvelles poutres de support Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Upgrade de la Radiofréquence Cell 5 Cav 1 & 2 Cell 7 Cav 3 & 4 Cell 25 Cav 5 & 6 Booster Storage Ring Teststand TRA0 TRA1 TRA2 TRA3 Cell 23 Cell 7 Upgrade de la cellule 23 Objectifs: a) Distribuer les cavités (une cavité de la cellule 7 sera remplacée par un module en cellule 23)  pour créer une ligne expérimentale supplémentaire ID7 b) Recréer une redondance pour l’opération à 300 mA c) Préparer la RF de l’injecteur pour le mode top up d) Anticiper l’obsolescence des klystrons Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Upgrade des émetteurs Radiofréquence Klystrons à l’ESRF 1.3 MW -352MHz SSA à Soleil Statut: Solution retenue: amplificateurs RF à transistor de type Soleil (basée sur l’assemblage de modules de 300 watts minimum) Phase 1: Réalisation:  un système d’amplificateurs RF pour l’injecteur Puissance totale: 4*150 kW kW RF  Opérationnel: Printemps 2012  amplificateurs RF pour la cellule 23 Puissance totale: 3*150 kW kW RF  Opérationnel: Eté 2012 Phase2: Upgrade des autres émetteurs RF Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Réalisation par assemblage des sous ensembles par brasage. Upgrade des cavités Radiofréquence Objectif: Développement (pour améliorer la stabilité et la redondance à fort courant) d’une cavité mono cellule fonctionnant à température ambiante à modes d’ordre supérieur fortement atténués. Cavity body HOM damper Tuner Coupler Vacuum pump ESRFUP Programme FP7 Réalisation par usinage et assemblage de 3 parties par soudure électronique Réalisation par assemblage des sous ensembles par brasage. Statut: Validation des simulations par un modèle en aluminium Deux types de fabrication prévues pour le prototype de puissance Livraison des prototypes: Fin 2010 Installation de 18 cavités mono cellule pour remplacer les 6 cavités multi cellules existantes Modèle aluminium Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Opération à 300 mA Objectif: Statut: Evolution: Augmentation du courant de 200 à 300 mA pour tous les modes multibunch Statut: Systèmes d’asservissement multibunch longitudinal et transverse  opérationnels Upgrade des absorbeurs dipôles  terminé. Test en mode machine stoppé suite à la défaillance d’une cavité Evolution: Reprise des tests machines dès que la cavité sera changée (Fin 2009) Validation radioprotection des lignes et tests avec utilisateurs Stabilité et redondance à 300 mA intégrées au programme d’upgrade RF Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Reconstruction du pré-injecteur du Linac Objectif: Parer à l’Obsolescence des cathodes Améliorer les diagnostiques Améliorer le pré-bunching Nouvelle électronique canon Un système de purification pour le mode pulse court Statut: Installation et mise en opération  Eté 2009 Système de nettoyage par déflection électrostatique des paquets parasites  En cours de test Evolution: La pureté des impulsions courtes par nettoyage successif dans le preinjecteur et dans le booster est un impératif pour augmenter la fréquence d’injection pour les modes de remplissage à structure temporelle (16 bunch, 4 bunch, 7/8+1), qui sont pénalisés par une faible durée de vie. Le nettoyage (10-9 en routine), est aujourd’hui effectué à chaque injection dans le SR Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Nouvelles électroniques BPM Objectif: Remplacement des 224 électroniques de traitement des électrodes des moniteurs de positions. Obsolescence et maintenance (en service depuis 20 ans) Disposer d’un mode premier tour Disposer d’un mode tour par tour Statut: Infrastructure matérielle et logicielle opérationnelles Installation et mise en service progressive durant les périodes d’arrêt Système de correction d’orbite mis à jour Système de protection en position mis à jour Test des modes premier tour et tour par tour en cours 32 cellules de 7 stations Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Nouvelles électroniques BPM Performances : Amélioration de la résolution Augmentation de la vitesse d’acquisition pour le monitoring Utilisation de la mémoire post mortem en cas de perte de faisceau 10 um 4 Cellules avec anciens BPMs 8 Cellules avec anciens BPMs 20 Cellules avec LIBERA-BPMs Evolution: Upgrade du système d’asservissement rapide de position. Ethernet ----- 7 Libera BPMs per cell 224 Libera BPM 8 processeurs de correction 96 Correcteurs localisés dans les sextupoles Mise en service prévue fin 2010  Objectif: System BPM et correcteurs unique pour la correction rapide et pour la correction lente.  Aujourd’hui système indépendants de 32 BPM et correcteurs. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

Extension du Hall Expérimental: EX2 L’ESRF aujourd’hui L’ESRF demain Belledonne 130-140 m (ID31-ID02) Vercors 120 m (ID06-ID09) Chartreuse 120 m (ID27-ID29) Peninsular 110 m (ID20-ID22) Objectif: Rallonger les lignes pour augmenter la focalisation et accroître la capacité en infrastructure. Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009

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

Contrat de Projets Etat-Région 2007-2013 GIE: Grands Instruments Européens Centre pour Collaborations Scientifiques Restaurant Nouvelle entrée Réception Budget total: 15M€ Région Rhône-Alpes Grenoble Alpes Métropole  Ville de Grenoble Centre visiteurs Performances et programme d'upgrade de l'ESRF - JL Revol - Roscoff 2009 20

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