La voie vers les machines de 3ème Génération

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1 La voie vers les machines de 3ème Génération
Bât 209D Centre Universitaire - B.P Orsay Cedex Super ACO La voie vers les machines de 3ème Génération Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

2 Le rayonnement synchrotron dans le contexte de LURE
SOMMAIRE Le rayonnement synchrotron dans le contexte de LURE Caractéristiques principales de Super ACO Quelques expériences remarquables en dynamique des faisceaux Quelques innovations technologiques Performances en routine pour les utilisateurs Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

3 LES INSTALLATIONS DU LURE
1955 : Construction du LAL Physique des Hautes Energies: Construction ACO 1965 Construction DCI 1975 1972: Création du LURE 1985: Installations dédiées au Rayonnement synchrotron 1987 Super-ACO optimisée pour le RS X mous VUV visible et IR LELs: ACO en 83, Super-ACO en 87, CLIO en 91 Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

4 LE RAYONNEMENT SYNCHROTRON
La première génération de synchrotrons Forte émittance, utilisation des dipôles La deuxième génération: émittance réduite, mais peu de sections droites Onduleur Paquets d’électrons Rayonnement Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

5 LE RAYONNEMENT SYNCHROTRON
La troisième génération Grand nombre d’insertions, Source de dimension très petite Facteur de qualité Brillance: flux émis divisé par la surface et le cône d’émission de la source Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

6 CARACTERISTIQUES PRINCIPALES
Super-ACO est optimisé pour le rayonnement V UV ec = 0.67 keV (lc = 18.5 Å) Complémentaire de DCI, rayonnement X : ec = 3.7 keV (lc = 3.3 Å) Circonférence 72 m Energie 800 MeV Emittance 38 nm.rad Super Périodes 4 symétriques Sections Droites 8 Insertions 6 Familles de Quadrupôles Hexapôles 4 Fréquence RF 100 MHz Harmonique 24 Cavité Harmonique 500 MHz 2 Modes d'Opération Positrons 24 Paquets 2 Paquets Haut Flux Structure Temporelle 400 mA 2 x 100 mA Sur Résonance de Couplage Avec Excitation Verticale t = 15 h t = 12 h Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

7 CHOIX DE LA MAILLE "Expanded Chasman-Green" ex = 38 nm.rad
QF Dipole QD FODO "Expanded Chasman-Green" Triplet Achromat Chasman-Green Double Bend Achromat Double Bend Achromat Triple Bend Achromat Double-Double Bend Achromat ex = 38 nm.rad ex min / ex = 0.84 SL (sections droites)/ Circonférence = 0.39 nx = nz = a = Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

8 DYNAMIQUE DE FAISCEAU: INSTABILITES
= 0  Iseuil = 30 mA Instabilités transverses internes au paquet (monopaquet fort courant) Impédance de la chambre à vide  couplage des modes « tête-queue » Mise en évidence du rôle de la chromaticité (première)  = 2.35  Iseuil > 150 mA Pour  = 0, à faible courant, une seule Fréquence betatron Pour  = 2.35, à faible courant, des satellites apparaissent de chaque coté de la fréquence betatron . Les modes 0 et –1 qui se confondaient à 30 mA pour  = 0 restent toujours séparés et l’instabilité disparaît. Bon accord avec la théorie du couplage des modes   tête-queue   Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

9 DYNAMIQUE DE FAISCEAU: INSTABILITES
Cavité 100 MHz  24 modes couplés (420 mA) Instabilités longitudinales multipaquets Impédance des modes supérieurs de la cavité Mise en évidence du rôle de la cavité harmonique: Amortissement de Landau Double système RF 100 MHZ MHz (mode passif)  Parfaite stabilité Double système RF 100 MHZ MHz (mode passif) Déphasage approprié pente 0 pour la RF totale vue par le faisceau En routine optimisation de la phase pour avoir le meilleur compromis stabilité/durée de vie Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

10 MACHINE QUASI-ISOCHRONE
5 10 15 f s (kHz) 20 30 40 a1 / 100 avec a2 annulé à très faible courant 50 100 150 200 2 5 8 10 12 a1= a1= sL (ps) Ipaquet (mA) Mesures de longueur à a1 / 4 La réduction de longueur n'est effective qu'à faible courant par paquet Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

11 L'allongement du paquet avec le courant est plus faible
a NEGATIF Pas d'instabilité Tête-Queue, Injection et Stockage SANS hexapôles s b (ps) 50 100 150 200 250 300 350 20 40 60 80 a 1 = = I (mA) L'allongement du paquet avec le courant est plus faible 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 5 10 15 20 25 30 35 I (mA) Spectral analysis ( a = - 0.015 ) Beam dimension variation ( = + = ) Mais la dispersion en énergie est plus grande sE/E (10-3) Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles b

12 EMITTANCE MINIMALE THEORIQUE
Emittance la plus petite possible : 9.5 nm.rad 10 nm.rad expérimentalement Dimensions transverses plus faibles, brillance plus grande Test comparatif avec les utilisateurs Brillance x 2 400 mA dans 24 paquets durée de vie 9h (comparable à celle de routine : a = au lieu de  acceptance RF x 1.5) Injection difficile Pas de mise en opération (2 perturbateurs au lieu de 3) Utilisation pour le L.E.L. avec a = Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

13 Principe du Laser à Electrons Libres
Emission de rayonnement synchrotron dans l’onduleur stocké dans la cavité optique Interaction électrons-onde optique dans l’onduleur Amplification pour llaser~lr : effet laser Caractéristiques Spectrales: llaser= , largeur spectrale : nm Point de fonctionnement b = 5 m a = e = 12 nm.rad Temporelles :Largeur ps, fréquence de répétition 8.33 MHz Echelle de la ms : continu ou pulsé Puissance moyenne extraite : mW selon la transmission des miroirs Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

14 Feed-back de Position matrice répartie : 8 DSP
Fonctions de transfert en boucle fermée Première version : 1999 ; Version actuelle : ADSP2186 mémoire 8 ko implantation filtre correcteur numérique différence importante sur la bande passante entre plan H et V (courants de Foucault) contrôleorbite DSP 68000 BPM correcteur éléments matrice 26 Hz 145 Hz Horizontal Vertical matrice répartie : 8 DSP - entrée : les 16 BPM de la machine sortie : 8 correcteurs dans chaque plan (bobines situées dans les Qpôles) liaison série rapide (cycle : 60 µs) Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

15 Feed-back de nombres d’ondes
Mesure automatique (PLL) des deux nombres d’ondes bêtatron Vz et Vx. Précision et résolution de Temps de réponse 5 ms Feed-Back lent (1 seconde) via le réseau de pilotage. Associé au feed-back de position, il rend ‘’transparent’’ les variations de champs des insertions pendant les runs utilisateurs. Ce système a également permis de doubler la durée de vie des faisceaux 2 paquets. mC 5ms Pilotage SuperACO 1s RS232 Alim1 Alim2 f’ Q F D 104.Fref Fref + Retard Compt PLL ETERNET 1553 VCO M f f’ = Fref - f e+ Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

16 L’EXPLOITATION DE SUPER ACO
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17 FIABILITE Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

18 De LURE à SOLEIL A partir de 1972 : le LURE est un outil de recherche collectif et indispensable à une communauté diversifiée ; mais aujourd’hui, ses accélérateurs ne sont plus compétitifs et sa fermeture est prévue en 2003. 1989 : consciente de cet enjeu, une large communauté se mobilise autour du LURE pour élaborer le projet Soleil. 2002 : SOLEIL capitalise les acquis du LURE, tant du point de vue technique que du point de vue des ressources humaines. 5 lignes de lumière vont être transférées du LURE à Soleil. Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles

19 ACO DCI Super ACO SOLEIL
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20 Journées Accélérateurs de la SFP - Porquerolles - 2003