Diagnostics SOLEIL

1. Diagnostics SOLEIL J-C. Denard pour le groupe diagnostics: L. Cassinari, J-C. Denard, Nicolas Hubert, F. Dohou, C. Mariette, D. Pédeau.

2. Sommaire • Liste des diagnostics • Système BPM • Asservissement rapide d’orbite (0-200 Hz) • Pin Hole camera

3. Storage Ring Diagnostics • BPM system (120 monitors) • Fast Orbit FeedBack (FOFB) • PhotonBPMs(48 monitors) • Tune monitor (2 independent systems) • Current Monitors • 2 independent parametric current transformers (PCT) • Beam life time • 1 Fast Current Transformer (FCT) • Profile monitors • 2 Pin-hole camera; 1 on low dispersion Bending Magnet port and 1 on high dispersion BM port • 1 Synchrotron light monitor in visible on BM port • 1 fluorescent screen in injection section • 􀂑35 Beam Loss monitors • 􀂑Bunch Purity monitor • 􀂑Diagnostic Interlocks (position, vertical instability, injection current) • 􀂑Streak camera for bunch length measurement

4. Booster Diagnostics • BPM system (20 monitors) • Tune monitor • Current monitors • 1 PCT • 1 FCT • Profile monitors • 7 fluorescent screens

5. LT2 3 BPMs 2 Current monitors (FCT) Profile monitors Fluorescent screens 1 emittance monitor 1 synchrotron light monitor LT1 􀂑1 BPM 􀂑Current monitors 2 charge monitors 2 current monitors 􀂑1 energy slit 􀂑 Profile monitors Fluorescent screens 1 emittance monitor 􀂑1insertable dump 􀂑1 fixed beam dump & faraday cup Transfer Line Diagnostics

6. Les deux instruments présentés aujourd’hui • Système de mesure de l’orbite et asservissement rapide (0-200 Hz) • Mesure des tailles transverses du faisceau avec une « pinhole camera ».

7. 21° water cooling circuit Bellow SMA Feedthroughs Buttons Mechanical references BPM: Mécanique pour stabilité au micron • 120 BPM sur l’anneau • 72 dans les arcs (entre les quadrupôles) sont sur un support fixé aux poutres • 48 (un BPM aux extrémités des 24 sections droites)sont sur des supports directement boulonnés sur la dalle • Les soufflets isolent les BPMs des contraintes extérieures de la chambre à vide susceptibles de le le faire bouger • Le BPM est maintenu à température constante par une circulation d’eau à 21°C

8. Buts: Stabilité pour les asservissements de position des points sources au µm près dans la gamme 0-200 Hz. Mesures tour par tour pour le commissioning et les études machine (quelques µm à 846 kHz) Opération de la machine: Interlock de position Buffer pour analyser les causes des pertes accidentelles du faisceau Moyen: Développement SOLEIL et Instrumentation-Technologies. Succès du projet 6 ans d’un développement bientôt terminé Après SOLEIL, la majorité des sources de rayonnement synchrotron s’équipent de châssis Libera (Europe, Asie, Australie) Chassis "Libera" BPMs: Electronique développement innovant avec un industriel

9. Performances du système BPM • Utilité en runs lignes: • Bruit (0-100 Hz) < 0.2 µm • Quelques BPMs ont des sauts de plusieurs µm lors des 8 heures de la décroissance en courant • Electronique stable à courant constant • Une dépendance au courant des châssis Libera de quelques µm devrait se réduire au-dessous du µm après l’implémentation de tables de correction (sept. 2008) • Peu de dépendance au mode de remplissage • Utilité physique machine • Très utile pendant le commissioning • Les physiciens machine semblent satisfaits malgré le couplage observé entre tours successifs. • Amélioration à venir: élimination du couplage entre tours • Utilité pour l’opération de la machine • L’interlock de position fonctionne bien et ne tue pas le faisceau sans raison • La fonction « post mortem » est momentanément hors service. Son fonctionnement devrait être rétabli pour le prochain run

10. Horizontal plane Vertical plane Standard deviation of the position during 180 s for each of the 120 BPMs (bande 0.01 à 3Hz) Orbit drift during 180s on 120 BPMs (based on SA data) Stabilité du faisceau sans Orbit Feedback

11. Asservissements de l’orbite • Slow Orbit FeedBack (SOFB) • Opérationel depuis environ 1 an • Stabilise bien les dérives au-delà de la minute • Peu ou pas efficace sur les perturbations introduites par • Le bruit aux fréquences supérieures à 0.01 Hz • Les transitoires des corrections feedforwards des insertions • le pont roulant • Fast Orbit Feedback (FOFB) • En cours de commissioning • Efficacité OK autour de 50 Hz • Très efficace sur les transitoires des mouvements d’insertion • Semble être efficace pour pouvoir utiliser le pont roulant pendant les runs ligne (important pour l’installation des lignes)

12. BPM BPM BPM BPM BPM BPM BPM To cell N+1 To cell N+1 CELL N To cell N-1 To cell N-1 Fast Orbit FeedBack 48 air correctors (2 kHz bandwidth) equip the 24 straight sections Dedicated network for data distribution at 10 kHz rate Connections between cells Connections in a cell Optic fiber Copper link SVD processing is distributed all around the storage ring It is embedded in the Libera FPGA (48 Libera for 48 H and V correctors)

13. FOFB efficiency (0-500 Hz)

14. Effet des transitoires des corrections feedforward des insertions lors des changements de gap (plan vertical) NO OFB SOFB FOFB 48*48 FOFB 120*48

15. FOFB efficiency on 4-hour drifts

16. FOFB 48*48 FOFB 120*48 NO OFB SOFB communication problem to solve • Spikes on the correction due to communication problems Visible on both plane: 60 µm in horizontal 1 µm in vertical

17. Transverse beam size et émittance: Pinhole Camera Cu filter X  Visible converter Pinhole  Visible Optics Source point in Dipole 2 cell 02 Vertical Projection X optics H : 25 µm V : 10 µm Horizontal Projection CCD • Resolution 5 µm rms with: • 10 µm hole • 0.3 mm Copper filter • includes 3.7 µm CCD resolution • 9 µm rms V. beam size (including 5 µm instrument resolution) • ez < 5 pm.rad (k < 0.13 %) • @200 mA with Fast Transverse Feedback turned on 17

18. Principe de la recherche de la résolution optimum • On joue sur la taille du trou et sur • l’épaisseur de Cuivre. • La taille du trou donne une résolution optimum à une longueur d’onde donnée. • épaisseur de cuivre plus grande ↓ • longueur d’onde plus faible ↓trou optimum plus petit • ↓ • résolution meilleure

19. Résolution (doit être ≤5 µm rms ≡12 µm FWHM) somme quadratique de l’ombre géométrique et de la diffraction Fraunhoffer: calcul approximatif à la fréquence centrale du rayonnement X Simulation de la résolution avec code SRW incluant le spectre calculé du rayonnement X et de la réponse du convertisseur

20. PHC (suite) • Gain en résolution car le scintillateur est dans la zone de champ proche: la diffraction et la résolution due à la géométrie du pinhole ne s’ajoutent pas quadratiquement. • Une résolution (rms) optimum de de l’instrument de 5 µm est attendue avec un trou de 10 µm et le filtre-atténuateur ayant 0.5 mm d’épaisseur de Cuivre • Cet optimum a été vérifié expérimentalement (Mai 2007)

21. PHC (conclusion) • On sait déconvoluer la résolution de l’instrument, ce qui permet de mesurer de faibles tailles de faisceau, donc de faibles couplages. • Les émittances sont sur le machine status depuis le dernier run • Le suivi des tailles de faisceau et émittances donne des indications utiles sur l’effet des onduleurs. • Le feu vert a été donné pour la construction de la pinhole caméra N°2 (C04-D2, comme DISCO, mais sortie 0.3°). Le dossier BE est prêt pour les appels d’offre.