plan historique du rayonnement synchrotron figures de m érite accroissement des performances
Post on 19-Mar-2016
39 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr1
Revue et perspectives des sources Revue et perspectives des sources de rayonnement synchrotron en de rayonnement synchrotron en
France et dans le mondeFrance et dans le mondeA. Ropert, ESRF, GrenobleA. Ropert, ESRF, Grenoble
PlanHistorique du rayonnement synchrotronFigures de mériteAccroissement des performances
Réduction d’émittance Augmentation du courant Eléments d’insertion
Qualité du faisceauConclusions
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr2
Le rayonnement synchrotron Le rayonnement synchrotron dans le monde (1)dans le monde (1)
1947: Première observation
1950-1960: 1ere génération d’anneaux de stockage
Années 70: 2eme génération
Utilisation parasite des synchrotrons de physique
des hautes énergies
Premiers anneaux dédiés
Années 90: 3eme génération• Anneaux basés sur l’utilisationd’aimants d’insertion• Très petites tailles de faisceau
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr3
Le rayonnement synchrotron Le rayonnement synchrotron dans le monde (2)dans le monde (2)
SOLEIL
ESRF
50 sources en opération11 en construction10 en projet
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr4
Le rayonnement synchrotron Le rayonnement synchrotron dans le monde (3)dans le monde (3)
L’énergie des anneaux de stockage est liée au domaine spectral à couvrir
ultraviolet et ultraviolet et rayons X mousrayons X mous
rayons X dursrayons X durs
rayons X durs grrayons X durs grââce au développement de la ce au développement de la technologie des aimants d’insertiontechnologie des aimants d’insertion
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr5
Figures de mFigures de mérite des sources érite des sources de 3de 3emeeme génération génération
Brilliance
€
B = nombre.de.photons / sσ x ′ σ xσ z ′ σ z
f(E,entrefer,champ)
Emittance des photons
Intensité du faisceau stocké
Elément d’insertion
Qualité de faisceau: Stabilité en positionDurée de vieFiabilité
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr7
RRéduction de l’émittance (1)éduction de l’émittance (1)
€
εX = Ee2
Jx
1Ndipoles
3 fmaille
Energie Nb dipoles EmittanceESRF 6 GeV 64 3.7 nm
SOLEIL 2.75 GeV 32 3.7 nm
2eme génération: εx ~ 100 nm3eme génération: εx ~ 1 - 10 nmEmittance ultime: εx ~ / 4 à 1 Å)
dispersion
Double Bend Achromat
x
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr8
RRéduction de l’émittance (2)éduction de l’émittance (2)
Réduction de l’angle de déviation par dipoleDipoles à champ magnétique variable le long de la trajectoire des particulesUtilisation de ’damping wigglers’
Etudes en cours à l’ESRF Anneau de 844 m en remplacement de l’anneau existant donnant une emittance de 1 nm Anneau de 1400 m avec une émittance de 0.2 nm
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr9
Challenges induitsChallenges induits par par une très petite émittanceune très petite émittance
Faible émittance
Grand nombred’aimants Large
circonférenceGradients
élevés
Réduction del’entrefer
Augmentation de l’impédance
Forts sextupoles de chromaticité Petite ouverture
dynamique
Plus grande stabilité en position
Faible dispersion dans les dipoles
Injecteur à petite émittance
Prix élevé
Feedback compliqué
Conception des chambres à vide
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr10
Augmentation du courant (1)Augmentation du courant (1)
Exemple de l’ESRF
1992 100 mA
1996 200 mA
2008 300 mA
? 500 mA
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr11
Augmentation du courant (2)Augmentation du courant (2)
Charge thermique sur l’anneau (chambres à vide, absorbeurs) et sur les lignes de lumièreInstabilités multipaquet induites par les modes d’ordre supérieur des cavités
ALS
Limitations
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr12
Augmentation du courant (3)Augmentation du courant (3)
Solutions Utiliser des cavités RF exemptes de HOMs
Utiliser des systèmes de feedback
Prototype SOLEIL dans le tunnel de l’ ESRF
Technologie des cavités supraconductrices
Prototype de la cavité européenne à DELTA
Cavités « chaudes » avec amortissement des HOMs
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr13
ElEléments d’insertion (1)éments d’insertion (1)
Brilliance élevée onduleurs plutôt que wigglersESRF 60 onduleurs, 8 wigglersSOLEIL 26 onduleurs, 1 wiggler
Energies de photons élevées utilisation d’harmoniques élevés
‘shimming ’
P. Elleaume
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr14
ElEléments d’insertion (2)éments d’insertion (2)
Energies de photons élevées réduction de l’entrefer magnétique
Aimants dans l’air autour d’une chambre à vide
étroite
±4 mm
Problèmes d’ingiéniérie Technique délicate et onéreuse utilisée massivement par les nouvelles sources à 3 GeV
Aimants sous vide
5 mm à l’ESRF
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr15
StabilitStabilité en position (1) é en position (1)
Tout mouvement du faisceau est préjudiciable pour les lignes de lumière
Orbite fermOrbite fermée ée variable dans le variable dans le tempstempsxx
x’x’
Emittance Emittance betatronbetatron
Émittance Émittance effectiveeffective Sources d’instabilité
Déplacement des chambres à vide pendant la décroissance du courantVariation de température du tunnel et du hall expérimental Vibrations du sol amplifiées par les supports d’aimants
Tolérances: 10 % de la taille et divergence
Gamme du m ou du rad
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr16
StabilitStabilité en position (2) é en position (2)
SolutionsOptimisation de la conception des supportsStabilisation de la température à ±0.1 °CSystèmes de feedback en position
Feedback ONFeedback ONFeedback OFFFeedback OFF
ESRF
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr17
DurDurée de vie (1)ée de vie (1)
Paramètre crucial pour les performancesDurée de vie courte: réduction de la brilliance intégrée
charge thermique non constanteRéduction de l’entrefer des éléments d’insertion
Augmentation de la diffusion sur le gaz résiduelRéduction de l’émittance
Augmentation des collisions à l’intérieur du paquet
Forte dépendance avec l’énergieSOLEIL (2.75 GeV): = 15 h à 500 mAESRF (6 GeV): = 80 h à 200 mA
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr18
DurDurée de vie (2)ée de vie (2)
Topping-up opération à l’APS
Solution adoptée par de nombreuses machines: le “topping-up”
Objectif: maintenir le courant stocké constant en effectuant des injections fréquentes
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr19
FiabilitFiabilitéé
La plus élevée possible !!
ESRF
Journées Accélérateurs Roscoff, 9-12 Octobre 2005 ropert@esrf.fr20
ConclusionsConclusions
Avenir brillant pour le rayonnement synchrotron
Rôle croissant de l’utilisation du rayonnement synchrotron dans de nombreux domaines
biologie, médecine, chimie, physique, applications technologiques…
Nombreux projets de sources d’énergie intermédiaireDéveloppements nouveaux comme le ‘femtoslicing’SASE FELs
top related