La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Ciao. Contesto: il progetto SPARC SPARC (Sorgente Pulsata Autoamplificata di Radiazione Coerente) è un acceleratore lineare per la generazione di fasci.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Ciao. Contesto: il progetto SPARC SPARC (Sorgente Pulsata Autoamplificata di Radiazione Coerente) è un acceleratore lineare per la generazione di fasci."— Transcript della presentazione:

1 ciao

2 Contesto: il progetto SPARC SPARC (Sorgente Pulsata Autoamplificata di Radiazione Coerente) è un acceleratore lineare per la generazione di fasci di elettroni ad alta brillanza in grado di innescare un meccanismi di auto amplificazione spontanea (SASE) per la produzione di radiazione laser di tipo FEL SPARC R&D Banda X Banda X: progetto di strutture a GHz per la correzione della distorsione introdotta durante laccelerazione Banda C Banda C: progetto e istallazione sulla linea di fascio di una sezione ad onda viaggiante a GHz per aumentare lenergia di SPARC dai 180 MeV attuali ai 240 MeV

3 SPARC R&D banda C: stato dellarte SPARC: Sorgente Pulsata Autoamplificata di Radiazione Coerente Per il 2012 è previsto un aumento di energia del fotoiniettore Vantaggi della banda C: Elevato gradiente ed elevati campi acceleranti Lunghezze ridotte del LINAC Abbassamento dei costi Studio della recente tecnologia in banda C Una sezione accelerante in banda S (2.856 GHz) verrà sostituita da due sezioni ad onda viaggiante in banda C (5.712 GHz) di 1.4 m ciascuna Banda SBanda S+C Energia170 MeV280 MeV Gradiente20 MV/m35 MV/m

4 Prototipo sezione accelerante in banda C Sezione ad onda viaggiante 22 celle + 2 accoppiatori Frequenza operativa GHz Differenza di fase tra le celle 2π/3 Velocità di fase c Lunghezza 0.54 m D. Alesini, G. Campogiani, A. Mostacci, L. Palumbo, S. Persichelli, V. Spizzo, Design, fabrication and high power RF test of a C-band accelerating structure for feasibility study of the SPARC photo-injector energy upgrade, Proc. of IPAC 2011, San Sebastian, Spain, tuners Singola cellaAccoppiatore duscita De-tuning dovuto a processi di fabbricazione delle celle comporta: Differenza di fase tra celle diversa da 2π/3 Campi stazionari nella struttura Conseguenze sul LINAC: Perdita di sincronia con il fascio Abbassamento gradiente accelerante Riflessioni in ingresso Vite tuner

5 RF breakdown innescato da: Electron field emission Scariche dovute a gas residui o protoni in superficie Si manifesta con : Burst di corrente emessi lungo la beam pipe (~1 A) Produzione di raggi X dovuti alla corrente assorbita Produzione di luce visibile (durata ~μs) e onde acustiche Potenza trasmessa raggiungente livelli non rilevabili con costante di tempo ns Oltre l80% della potenza incidente viene assorbita dalla scarica (oltre 50 MW) Modello di Kilpatrick INFN-LNF è inserito allinterno di una collaborazione internazionale per valutare il massimo gradiente sostenibile in un acceleratore RF normal conducting con probabilità di breakdown estremamente bassa BR<10 -7 breakdown/pulse/meters (BR<10 -7 breakdown/pulse/meters) SPARC R&D Banda X: stato dellarte V. A. Dolgashev, S. G. Tantawi, Y. Higashi, and B. Spataro, Study of basic RF breakdown phenomena in high gradient vacuum structures, in Proc. of Linac 2010, Tsukuba, Japan, 2010

6 Prototipo di cavità triple-choke ad alti campi in banda X Come risultato dei test in potenza si ottiene un valore di breakdown rate Il collisore CLIC è stato progettato per avere BR<10 -7 breakdown/pulse/meters 2 strutture triple-choke sono state costruite presso INFN Frascati Sono state sottoposte processi di Electron Beam Welding ( °C) Tutti gli esperimenti in potenza sono stati condotti a SLAC Gli esperimenti hanno lo scopo di verificare la riproducibilità del breakdown al variare di: Geometria delle iridi Grado di purezza del rame Trattamenti termici A. D. Yeremian, V. A. Dolgashev, and S. G. Tantawi, Choke for standing wave structures and flanges, in Proc. of IPAC 2010, Kyoto, Japan, Cavità standing wave triple-choke in banda X: 3 celle f= GHz Campo E nella cella centrale doppio che nelle laterali Solo la cella centrale è stata progettata per simulare elevati campi 10 MW Epeak=327MV/m Il design interno delle celle ha lo scopo di ridurre i campi elettrici e magnetici vicino alle giunture CHOKE Le celle laterali accoppiano potenza dalla guida circolare e bilanciano campo elettrico Gradienti acceleranti: 100 MV/m

7 Obiettivi della tesi Caratterizzazione di due cavità acceleranti ad onda stazionaria in banda X ( GHz) realizzate per studi di breakdown a radiofrequenza Caratterizzazione di un prototipo di sezione accelerante ad onda viaggiante in banda C (5.712 GHz) progettato per laumento di energia dellacceleratore SPARC Implementazione di un algoritmo per la sintonizzazione (tuning) di strutture acceleranti ad onda viaggiante Applicazione del metodo di tuning sul prototipo di sezione accelerante in banda C

8 Banco di misura dei campi nelle strutture con il metodo bead-pulling Banda X (onda stazionaria): Teoria della misura perturbativa risonante (metodo di Slater) Banda C (onda viaggiante): Teoria della misura perturbativa non risonante (metodo di Steele) Per le misure a bassa potenza (parametri di scattering, profili di campo elettrico) abbiamo utilizzato un banco di misura comune per le strutture in banda X e il prototipo in banda C PC GPIB-Ethernet Motore passo-passo VNA Agilent – HP VI LabVIEW Agilent N5230A (10MHz ÷20GHz) HP 8753 E (30MHz ÷ 6 GHz)

9 Caratterizzazione RF cavità triple-choke in banda X Per entrambe le strutture sono stati calcolati: Frequenze di risonanza dei tre modi Coefficiente di accoppiamento β delle antenne Fattore di qualità non caricato Q 0 dei tre modi Sono state sviluppate delle routine di fitting dei parametri S 11 ed S 12 per il calcolo dei valori dei parametri β e Q 0 ed f res e relative incertezze. Il modello utilizzato è quello del coefficiente di riflessione alla singola risonanza, interpolando le seguenti equazioni: con I tre modi risonanti hanno sfasamenti diversi del campo nella struttura

10 Confronto tra le due cavità triple-choke in banda X Solo Il prototipo n° 2 soddisfa le specifiche relative ai profili del campo Entrambe le strutture soddisfano le specifiche in termini di parametri di scattering e fattori di risonanza Solo Il prototipo n° 2 soddisfa le specifiche relative ai profili del campo Entrambe le strutture soddisfano le specifiche in termini di parametri di scattering e fattori di risonanza Per ognuno dei due prototipi in banda X sono stati misurati: Profili di campo dei tre modi risonanti Parametri di scattering (S 11, S 12, S 22 ) per i tre modi risonanti

11 Caratterizzazione RF del prototipo in banda C Numero di punti1601 Calibrazione1-port IF bandwidth300 Hz Frequency sweep GHz Time sweep25 ms VNA HP 8753E INPUT PORT cm Oggetto perturbante GHz Field flatness 26%

12 Modello di analisi del de-tuning di una cella J. Shi, A. Grudiev, A. Olyunin, Tuning of CLIC accelerating structure prototypes at CERN, tech. rep., CERN, Geneva,2010 In una struttura ad onda viaggiante composta da n celle accoppiate il campo nella cella n-esima sarà dato dalla somma dei contributi di unonda diretta A n e di unonda riflessa B n : Detto Γ n coefficiente di riflessione locale visto dalla porta n-esima si ha il seguente sistema: Ipotesi : Le riflessioni ad una generica porta sono date da: Con Detuno della cavità Frequenza nominale Frequenza di risonanza della cavità Ogni cella della sezione è considerata una singola cavità risonate con fattore di qualità (unloaded) Q 0 ~100 Per le strutture TW progettate in accoppiamento critico valgono le seguenti approssimazioni: Coefficiente di riflessione puramente immaginario dipendente dal detuno

13 Procedura di tuning di strutture acceleranti TW Misura dei profili di campo elettrico (A n e B n ) con il metodo bead-pulling Misura della temperatura e calcolo della frequenza operativa La routine di tuning prende in ingresso i dati della misura bead-pull e fornisce n valori dei massimi del modulo del campo e rispettive fasi Lalgoritmo calcola: n valori dei coefficienti di riflessione locale la correzione ΔΓ global da fornire alla cella n-esima Definire il verso di avvitamento dei tuners (push/pull) a seconda del segno di Γ local : (Aumenta la frequenza di risonanza della cella) (Diminuisce la frequenza di risonanza della cella) Sintonizzare le celle fornendo manualmente con i tuners la correzione data dallalgoritmo, monitorando il grafico polare dell ΔΓ global sul VNA Ripetere iterativamente i passaggi precedenti fintanto che si verifica la condizione

14 Test algoritmo di tuning di una struttura simulata HFSS Per la sintonizzazione della sezione in banda C è stato scritto un algoritmo MATLAB che è stato testato inizialmente su di una struttura a 8 celle virtuale simulata con HFSS CASO IDEALE CASO REALISTICO Si è introdotto un detuno sulla quinta cella modificandone la geometria interna A causa delle approssimazioni fatte lalgoritmo non è affidabile sulle celle 1 e 2 ed N-1 e N

15 Coefficienti di riflessione pre-post tuning PRE-TUNING: S 11 =-21 dB POST-TUNING: S 11 =-35 dB

16 Profili di campo pre-post tuning PRE-TUNING Field flatness 26.2% Avanzamento medio di fase Δφ= ° Scostamento medio frequenza nominale Δf=-1.9 MHz Field flatness 26.2% Avanzamento medio di fase Δφ= ° Scostamento medio frequenza nominale Δf=-1.9 MHz POST-TUNING Field flatness 18.2% Avanzamento medio di fase Δφ= ° Scostamento medio frequenza nominale Δf=-0.01 MHz Field flatness 18.2% Avanzamento medio di fase Δφ= ° Scostamento medio frequenza nominale Δf=-0.01 MHz

17 Avanzamento di fase pre-post tuning Il tuning ha migliorato la qualità del campo accelerante: Il tuning ha migliorato la qualità del campo accelerante: La potenza riflessa è solo l1% degli iniziali -21 dB Struttura accelerante più efficiente per il miglioramento dell8% di field flatness Il tuning ha migliorato lavanzamento di fase tra celle che garantisce massimo guadagno Il tuning ha migliorato lavanzamento di fase tra celle che garantisce massimo guadagno e sincronia con il fascio: I residui di campo stazionario non interferiscono con il fascio di particelle, che essenzialmente percepisce solo il campo ad onda viaggiante I residui di campo stazionario non interferiscono con il fascio di particelle, che essenzialmente percepisce solo il campo ad onda viaggiante

18 Conclusioni e sviluppi futuri E stata effettuata la caratterizzazione RF delle due cavità ad onda stazionaria triple-choke in banda X per studi di breakdown Le strutture sono state inviate presso i laboratori SLAC per i test in potenza nellambito della collaborazione internazionale E stata effettuata la caratterizzazione RF della sezione accelerante ad onda viaggiante in banda C per lupgrade energetico dellacceleratore SPARC E stata elaborata una procedura di tuning per strutture ad onda viaggiante, implementata da un algoritmo MATLAB E stato elaborato un metodo per la correzione dellaccoppiatore duscita E stato effettuato con successo il tuning della sezione in banda C Sono state studiate varie possibilità per ridurre le approssimazioni dellalgoritmo usato

19

20 Correzione dellerrore sullaccoppiatore duscita 1)Consideriamo la cella N (accoppiatore di uscita) e la N-1 (cella 23) come ununica cella N 2)Si considerano i valori di onda riflessa B nelle 6 celle precedenti la cella N-1, riportati indietro alle cella N-1 moltiplicandoli per un fattore di fase positivo (i=N-1,….,N-7): 3)Si calcola il valore medio B N e si imposta il seguente sistema: 4)Si divide B N per londa diretta A N-1 per ottenere il coefficiente di riflessione locale delle celle N ed N-1 5)Operando le seguenti sostituzioni ed 6)Si controlla il miglioramento in termini di field flatness B N-6 B N-6 e -jφ


Scaricare ppt "Ciao. Contesto: il progetto SPARC SPARC (Sorgente Pulsata Autoamplificata di Radiazione Coerente) è un acceleratore lineare per la generazione di fasci."

Presentazioni simili


Annunci Google