Strahldynamik in FLASH

Präsentation zum Thema: "Strahldynamik in FLASH"—  Präsentation transkript:

1 Strahldynamik in FLASH
Winni Decking Betriebsseminar Groemitz 2008 Winni Decking

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

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

4 → 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

5 Gun Winni Decking

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

7 FLASH Strahloptik – Dispersion
Winni Decking

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

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

10 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

11 Strahloptik in Realität
noch unklar: BC3 Gebiet Winni Decking

12 Strahlführung zum Dump
Winni Decking

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

14 Teilchenbahn – mit 5 mm Anfangsablage
Winni Decking

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

16 FLASH Kompression vor BC2 nach BC2 nach BC3 Winni Decking

17 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

18 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

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

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

21 SASE Komprimierung (x+9deg)
Winni Decking

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

23 Beobachtung - Simulation
Winni Decking

24 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

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

26 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

27 Mit 3.9 GHz System vor BC2 nach BC3 nach BC GHz Winni Decking

28 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 deg deg Winni Decking

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

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

31 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

32 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 (?) Winni Decking