Commissioning of the First Insertion Devices on the 1.5 GeV Storage Ring in MAX IV
(2018) EITM01 20172Department of Electrical and Information Technology
- Abstract
- When installing an insertion device (ID) in a storage ring the electron beam is affected. The positional displacement and angle deflection is called orbit displacement (OD) and higher order effects such as focusing of the electron beam are referred to as linear optics. The ability to perform multiple simultaneous experiments is crucial in a synchrotron light source such as MAX IV. This is impossible to achieve if one ID affects the output of another through the electron beam, making correction for an ID's effect on the beam imperative.
This thesis covers the commissioning process of the first ID to be installed in the MAX IV 1.5 GeV storage ring (R1). The OD and linear optics of an elliptically polarised undulator (EPU) was to be... (More) - When installing an insertion device (ID) in a storage ring the electron beam is affected. The positional displacement and angle deflection is called orbit displacement (OD) and higher order effects such as focusing of the electron beam are referred to as linear optics. The ability to perform multiple simultaneous experiments is crucial in a synchrotron light source such as MAX IV. This is impossible to achieve if one ID affects the output of another through the electron beam, making correction for an ID's effect on the beam imperative.
This thesis covers the commissioning process of the first ID to be installed in the MAX IV 1.5 GeV storage ring (R1). The OD and linear optics of an elliptically polarised undulator (EPU) was to be compensated for in a feed forward approach. In essence the commissioning should make the ID transparent to the electron beam.
A general procedure was developed using MATLAB and other software and libraries by first solving the problem on a model of the ring and then in the real storage ring.
The electron orbit was corrected down to 1 micrometer for most settings of the ID which is close to the noise level of the measuring system of the ring. The commissioning is considered successful and the ID is ready for beamline delivery and will be able to run without affecting other beamlines.
It was discovered that some magnetic coils performed 25 percent below their specifications, and that the beta beat of the bare R1 was at its worst 15 percent, something that should be improved for optimal performance of the facility. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Ett insättningselement på MAX IV är en förutsättning för det ljus man vill skapa, men påverkar elektronerna som far runt i anläggningen negativt - med hjälp av smarta elektromagneter kan detta lösas.
MAX IV är en partikelaccelerator i världsklass. I anläggningen i utkanten av Lund swishar elektronerna i ljusets hastighet runt i enorma ringar av vakuumrör. Till skillnad från vad många tror krockas här däremot elektronerna inte mot något och man kollar varken efter antimateria eller Higgspartiklar. Istället är användningsområdet för MAX IV mer likt det för ett vanligt mikroskop.
Ordspråket "att se något i ett nytt ljus" kan inte passa bättre än det man gör på MAX IV. Elektronerna som leds runt de två ringarna i anläggningen är som... (More) - Ett insättningselement på MAX IV är en förutsättning för det ljus man vill skapa, men påverkar elektronerna som far runt i anläggningen negativt - med hjälp av smarta elektromagneter kan detta lösas.
MAX IV är en partikelaccelerator i världsklass. I anläggningen i utkanten av Lund swishar elektronerna i ljusets hastighet runt i enorma ringar av vakuumrör. Till skillnad från vad många tror krockas här däremot elektronerna inte mot något och man kollar varken efter antimateria eller Higgspartiklar. Istället är användningsområdet för MAX IV mer likt det för ett vanligt mikroskop.
Ordspråket "att se något i ett nytt ljus" kan inte passa bättre än det man gör på MAX IV. Elektronerna som leds runt de två ringarna i anläggningen är som vilken ström som helst och mäts av forskarna i Ampere. Och precis som när man slår på strömbrytaren på väggen hemma kan man använda strömmen till att skapa ljus. Skillnaden är att istället för en glödlampa har man på MAX IV ett så kallat insättningselement. En annan skillnad till glödlampan hemma är att med insättningselementen och den välskötta elektronstrålen kan man inte bara skapa världens skarpaste och starkaste ljus - utan också ljus i nästan vilken färg man vill! Med det producerade ljuset tittar de forskare som kommer till Lund från hela världen närmare på sammansättningen av mediciner och material för att kunna förstå deras egenskaper och hur de kan användas.
För att producera detta superskarpa ljus måste störningar på elektronstrålen hållas till ett minimum, något insättningselementen försvårar. I elementen böjs elektronstrålen upp och ner i en svajande bana vilket skapar själva ljuset innan elektronerna enligt design lämnar elementet med samma vinkel och position i höjd- och sidled. Men trots noggrannheten i konstruktionen och installationen av insättningselementet, kan ett så pass litet fel som 0.01 % i styrkan på insättningselementet få ödesdigra konsekvenser: elektronernas bana förändras så pass mycket att de krockar med väggen på röret och ljuset släcks direkt efter det satts igång.
Detta dilemma kan som tur är lösas. En elektromagnet placeras före och efter insättningselementet och genom att ändra styrkan på elektromagneterna kan elektronernas bana korrigeras. Kruxet är att elektronstrålen inte kan korrigeras efter den har försvunnit in i sidan av vakuumröret. För varje inställning på insättningselementet (tänk dig dimmerinställningar till glödlampan) måste det i förväg finnas motsvarande styrkor på elektromagneterna så att i samma ögonblick som insättningselementet ändrar sig gör också elektromagneterna det och kompenserar. Denna metod för korrigering kallas feed forward, i kontrast till den vanligare metoden feed back.
Med en hel tabell fylld av sådana inställningar kan MAX IV köras utan problem och producera världens skarpaste och starkaste ljus. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8936188
- author
- Månefjord, Hampus LU and Hill, David LU
- supervisor
- organization
- course
- EITM01 20172
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- MAX IV, Accelerator physics, Synchrotron, light source, insertion device, Elliptically Polarized Undulator, EPU, Linear Optics from Closed Orbits, LOCO, beamline commissioning, betatron beat, undulator, wiggler
- report number
- LU/LTH-EIT 2018-620
- language
- English
- id
- 8936188
- date added to LUP
- 2018-03-07 09:29:32
- date last changed
- 2018-03-07 09:29:32
@misc{8936188,
abstract = {{When installing an insertion device (ID) in a storage ring the electron beam is affected. The positional displacement and angle deflection is called orbit displacement (OD) and higher order effects such as focusing of the electron beam are referred to as linear optics. The ability to perform multiple simultaneous experiments is crucial in a synchrotron light source such as MAX IV. This is impossible to achieve if one ID affects the output of another through the electron beam, making correction for an ID's effect on the beam imperative.
This thesis covers the commissioning process of the first ID to be installed in the MAX IV 1.5 GeV storage ring (R1). The OD and linear optics of an elliptically polarised undulator (EPU) was to be compensated for in a feed forward approach. In essence the commissioning should make the ID transparent to the electron beam.
A general procedure was developed using MATLAB and other software and libraries by first solving the problem on a model of the ring and then in the real storage ring.
The electron orbit was corrected down to 1 micrometer for most settings of the ID which is close to the noise level of the measuring system of the ring. The commissioning is considered successful and the ID is ready for beamline delivery and will be able to run without affecting other beamlines.
It was discovered that some magnetic coils performed 25 percent below their specifications, and that the beta beat of the bare R1 was at its worst 15 percent, something that should be improved for optimal performance of the facility.}},
author = {{Månefjord, Hampus and Hill, David}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Commissioning of the First Insertion Devices on the 1.5 GeV Storage Ring in MAX IV}},
year = {{2018}},
}