Strahldynamik in FLASH Winni Decking Betriebsseminar Groemitz 2008 Winni Decking

FLASH Studien – Strahlzeitverteilung FLASH Beschleuniger- und FEL Studien 2008 (ca. 2200 h) – die etwas andere Statistik Winni Decking

Longitudinale Kompression Strahldynamik mit 3.9 GHz System Inhalt Strahltransport Longitudinale Kompression Strahldynamik mit 3.9 GHz System Winni Decking

→ Anzahl der Elektronen innerhalb 3d Volumen Gun Laser -intensität, -strahlgröße, -pulsdauer und -größe Quanteneffizienz der Kathode → Anzahl der Elektronen innerhalb 3d Volumen Beschleunigungsspannung und Solenoidgradient → Impulsgewinn und Fokussierung Alle Parameter müssen aufeinander abgestimmt sein um minimale Strahlgröße (Emittanz) zu erreichen Winni Decking

Gun Winni Decking

FLASH Strahloptik – Strahlgroesse (mm) normierte Emittanz: 2 mm mrad Finale Energie: 1 GeV Winni Decking

FLASH Strahloptik – Dispersion Winni Decking

FLASH Strahloptik – Strahlgroesse (mm) normierte Emittanz: 2 mm mrad Finale Energie: 1 GeV Fehlanpassungsfaktor: 10 Winni Decking

Experimentelle Anpassung der Optik 5 Quadrupole vor BC2 passen optische Funktionen an nach jeder Änderung an Injektorparametern nötig !!!! Winni Decking

Strahloptik in Realität Über die letzten Jahre: besseres Verständnis der eingesetzten Quadrupolmagnete teilweise neu vermessen genaueres Feldfitting besseres Verständnis des Energieprofils Energieserver Entwicklung eines dedizierten Programms zur Simulation der FLASH Optik -> Optics Toolbox besseres Verständnis der Standarddiagnostik Winni Decking

Strahloptik in Realität noch unklar: BC3 Gebiet Winni Decking

Strahlführung zum Dump Winni Decking

Strahlgroesse (mm) (mm) nominell 1% Energiebreite Winni Decking

Teilchenbahn – mit 5 mm Anfangsablage Winni Decking

Longitudinale Kompression Unterschiedliche Weglängen in Magnetschikane Beschleunigung ‚off-crest‘ Winni Decking

FLASH Kompression vor BC2 nach BC2 nach BC3 Winni Decking

Wechselwirkung des Strahles mit seinem eigenen elektrischen Feld Raumladung Wechselwirkung des Strahles mit seinem eigenen elektrischen Feld proportional zur Teilchendichte umgekehrt proportional zum Quadrat der Energie Beispiel: Longitudinales Raumladungsfeld entlang des Strahlpaketes an verschiedenen Positionen in FLASH Winni Decking

Kohärente Synchrotronstrahlung Kohärente Abstrahlung von Synchrotronstrahlung führt zu Energieverlust im Teil des Teilchenpaketes mit hoher Dichte Synchrotronstrahlung ‚überholt‘ in einem Ablenkmagneten das Teilchenpaket Führt zu Energieverlust entlang des Teilchenpaketes Winni Decking

Kompression bei FLASH – mit SC und CSR vor BC2 nach BC2 nach BC3 Winni Decking

Kompression bei FLASH – transversal vor BC2 nach BC2 nach BC3 Winni Decking

SASE Komprimierung (x+9deg) Winni Decking

Und ein paar Grad weiter (x+14deg) Winni Decking

Beobachtung - Simulation Winni Decking

dient zur Kollimierung Das Hundebein dient zur Kollimierung Quadrupole und Sextupole in dispersiver Strahlführung Restdispersion ist Energie- und Orbitabhängig R56 (Kompression) ist Energie- und Orbitabhängig wird zu weiterer Komprimierung benutzt Änderung der SASE Wellenlänge durch Änderung der Fokussierung im Hundebein Winni Decking

Dispersionskorrektur Korrektur von vertikaler Dispersion und Orbit nach DOGLEG SASE Level für unterschiedliche Energien Winni Decking

ist lineare Kompression möglich Strahldynamik mit 3.9 GHz Mit dem 3.9 GHz System ist lineare Kompression möglich kann der Grossteil des Strahlpaketes komprimiert werden und damit lasen sind kurze Strahlpakete weiterhin durch Überkompression möglich sind kurze Strahlpakete mit geringen Ladungen durch stärkere Kompression möglich (RF-Toleranzen !!!) Arbeitspunkte für den Anlauf 2010 werden jetzt studiert Bleibt ausgeschaltet alles beim alten ??? Winni Decking

Mit 3.9 GHz System vor BC2 nach BC3 nach BC3 + 3.9 GHz Winni Decking

Genauigkeitsanforderungen Kriterium: Kompression (d.h. Spitzenstrom) ändert sich um weniger als 5% Andere Arbeitspunkte und Ankunftszeitstabilität führen teilweise zu strikteren Kriterien ACC1 V=130 MV ACC39 V=18 MV Amplitudenstabilität 0.25 % 2.5% Phasenstabilität 0.0125 deg 0.0375 deg Winni Decking

Koppler RF-Kicks, Wellenfelder Zeitabhängige transversale Felder in Hohlraumresonatoren Führt zu Emittanzvergroesserung Asymmetrie durch asymmetrische Anordnung der Koppler Effekte sind absolut ca. 5-10 stärker als im 1.3 GHz Transversale Abhängigkeit ca. 10-50 mal stärker Winni Decking

Orbitaenderung in ACC1 - Resultat Orbit in ACC1 ist über einen großen bereich (± 5mm) änderbar ohne Emittanz zu beeinflussen Winni Decking

FLASH Strahldynamik ist einfach weil: der 1.3 GHz LINAC harmlos ist Zusammenfassung FLASH Strahldynamik ist einfach weil: der 1.3 GHz LINAC harmlos ist der Strahl ‚nur‘ einmal durch die Maschine muss die Optik mittlerweile auf Fehlertoleranz optimiert ist Winni Decking

FLASH Strahldynamik ist schwierig weil: Zusammenfassung FLASH Strahldynamik ist schwierig weil: die Ladungsdichte so groß ist das Raumladungskräfte eine entscheidende Rolle spielen durch die Kompression das Teilchenpaket wie auf einer Nadelspitze balanciert wird die Optimierung nicht nur für die 10% Nutzstrahl sondern auch für 90% ‚Reststrahl‘ und den Dunkelstrom gelten muss Entscheidende Parameter messtechnisch nicht zugänglich sind Die Energie ziemlich gering ist Mit dem 3.9 GHZ System wird alles einfacher (?) www.desy.de/fel-beam Winni Decking