Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Metrologie Magnétique des Multipoles Anneau du Synchrotron SOLEIL A. Dael,

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1 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Metrologie Magnétique des Multipoles Anneau du Synchrotron SOLEIL A. Dael, P. Brunelle 1, C. Benabderrahmane, F. Marteau, A. Madur, L. Bouillie², M. Soucaze²,P. Berteaud, L. Dubois, M. Girault, F. Paulin, J. Veteran, Groupe Magnétisme & Insertions, 1 Groupe Physique Machine ² Groupe Conception Ingenierie Synchrotron SOLEIL, Saclay, FRANCE

2 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Quadripôles Contenu harmonique du champ magnétique produit par les aimants Position de l’axe magnétique: +/- 25µm dans le plan transverse (x,z) Orientation angulaire des quadripôles: +/- 0.1 mrad autour de l’axe s Correction des défauts Sextupôles Vérifier les mesures harmoniques Vérifier le centrage Besoins de la Physique Machine Direction du faisceau s x z Définition des axes Une solution : Un outil de mesures magnétique précis … BMS = Banc de Mesures Magnétique Multipolaire S OLEIL

3 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Paramètres généraux Quadripôles: Nb: 160 (128+32) Longueur: 320 mm ; 460 mm Diamètre: 66 mm Harmoniques < 5.10 -4 Axe mag.: +/- 25 µm ; +/- 0.1 mrad Sextupôles: Nb: 120 (88+32) Longueur: 160 mm Diamètre: 73 mm Axe mag.: +/- 30µm ; +/- 0.3 mrad Objectifs Stabilité des mesures (6 mois) Mesurer les harmoniques à 10 -4 près Mesurer la position de l’axe mag. à 10 µm près Mesurer l’orientation de l’axe mag à 20 µrad près Optimiser expérimentalement le B6: chanfreins

4 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Organisation des mesures Salle climatisée à 21°C Même poutre que celle de l’anneau de stockage

5 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Quelques formules * [1]: W.G. Davies, “The theory of the measurement of magnetic multipole fields with rotating coil magnetometers,” Nuclear Instruments & Methods in physics research, vol. A311, pp. 399–436, July 1991. [2]: A.K. Jain, “Harmonics coils,” CERN Accelerator School on Measurements and Alignment of Accelerator and Detector magnets, vol. 98-05, pp. 175-213, April 1997. [3]: L. Bottura, “Standard analysis procedures for field quality measurements of the LHC magnets-Part I: Harmonics”, LHC-MTA-IN-97-007, revised on 2001. avec A A AA cyl. wedges rect. wedge x s z ; AmAm x z CmCm BmBm

6 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Conception du capteur Objectifs : Limiter la flèche Minimiser la torsion D max = 64 mm, D pôles = 66mm Principe: Découpler chaque objectifs Eviter les harmoniques inattendus Minimiser les erreurs sur l’angle Pour ne pas perdre d’information Circ.imprimés Struct. FR4 Coquilles fibre de carb.

7 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Conception du banc : positionnement Des interfaces “V”/cylindre ont été utilisées pour assurer les contacts mécaniques Garantit : * reproductibilité du positionnement mécanique * transmission mécanique de la position angulaire Positionnement du capteur : transmission mécanique du positionnement angulaire: Encodeur Rotatif

8 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Conception de banc : Maîtrise de l’angle Référence Angulaire ? Encodeur rotatif Heidenhain : 720000 points par tour -> 10 µrad de précision Position angulaire ? Interface Trait/Point/Plan trait point plan Niveau à bulle 20 µrad/div Reproductibilité positionnement du niveau = 2 pas encodeur = 20 µrad

9 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Mesure des imperfections Multipoles de référence en aimants permanents Imperfections mesurées :  x banc = 60 µm ;  z banc = 22 µm ;  sensor = -7.84 mrad

10 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Résultats : Reproductibilité Résultats  p-p gradient = 4 µT.m  p-p harm = 0.15 10-4  p-p x = 1µm  p-p z = 0 µm  p-p  = 3 µrad Résultats  p-p harm = 2.10 -4  p-p x = 15 µm  p-p z = 10 µm  p-p  = 45 µrad Conditions: Quadripôle monté 1 seule fois Série de 10 mesures sans démonter le capteur Conditions: Série de 10 mesures Application du protocole de mesure réel = mont./dem. Capt + Qp + détermination ref angulaire Essai n°1: Reproductibilité du capteur seul Essai n°2: Reproductibilité du protocole de mesure

11 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Stat. finales: harmoniques attendus Résultats : Harmoniques Stat. finales: harmoniques inattendus Removable chamfers Chambre à vide Homogéneité du g radient dans le plan transverse Chamfreins amovibles

12 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur z(µm) x(µm) Résultats : Centrage Avant centrage: Après centrage: Avant centrage Après centrage Comparaison:

13 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Conclusion Les résultats obtenus sont très encourageants… mais seul le commissioning validera notre travail. Ont été développés à SOLEIL: Un banc complet dédié la mesure magnétique de multipôle Des outils permettant de déterminer les imperfection du banc Il est possible de mesurer les harmonique à qq 10 -4 près, de localiser l’axe magnétique des multipôles à +/- 25µm, et de connaître son orientation à +/- 0.1 mrad près

14 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Multipole S.R. General Parameters (1) Total number (short + long) / prototypes / spares160 (128 + 32) / 2 / 2 Magnetic length (m) (short; long)0.32 m ; 0.46 m Bore diameter (mm)66 mm Max. Gradient (nominal point):short; long20 T/m ; 23 T/m Good field region (mm): H / V  35 mm /  12.5 mm Number of families10 Tolerances : Reproducibility from magnet to magnet (  Gdl/  Gdl) Alignment on the girder :  X =  Z (µm) ;   S (mrad) Alignment of the girder :  X =  Z (µm) ;   S (mrad) 1 10 -3 25 µm ; 0.1 mrad 100µm ; 0.2 mrad Homogeneity (  Bdl /  Bdl) @ x = 30 mm: TolerancesDesign (short) Design (long) 12-poles*5.4 10 -4 + 0.2 10 -4 - 0.8 10 -4 20-poles2.9 10 -4 + 1.4 10 -4 + 1.8 10 -4 28-poles1.6 10 -4 + 0.7 10 -4 + 1.7 10 -4 * Cancelled using 45° chamfer : 4.4mm width for short quadrupoles and 4.6mm width for long quadrupoles

15 Métrologie Mag. des multipôles de l’anneau de SOLEIL Roscoff 2005, A. Madur Number: compact/with ears for photon beamline/prototype/spare88 / 32 / 2 / 2 Magnetic length (m)0.16 m Bore diameter (mm)73 mm Good field region (mm) : H / V  35 mm /  12.5 mm Number of families10 Max. Strength: S(main field)320 T/m² Max. Field (T) for Dipolar correctors: Horiz. / Vert.0.046 T / 0.035 T Max. gradient for Skew Quadrupoles0.126 T/m Tolerances: Reproducibility from magnet to magnet (  S dl/  S dl) (main field) Alignment on the girder :  X =  Z (m) ;   S (rad) Alignment of the girder :  X =  Z (m) ;   S (rad) 1 10 -2 30 µm ; 0.2 mrad 100µm ; 0.2 mrad Homogeneity (  Bdl /  Bdl ) @ x = 32 mm: Sextupolar main fieldTolerancesDesign 18-poles±3 10 -3 - 3.5 10 -4 (after chamfer optimization) 30-poles±1.7 10 -3 - 7.5 10 -4 42-poles±1.0 10 -2 - 2.1 10 -3 54-poles±3 10 -3 7 10 -5 Multipole S.R. General Parameters (2)