Upload
doanh
View
220
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
11/30/2015
1
Moderne acceleratorers fysik og anvendelse 2015
Forelæsning 9b
Diagnostik
Diagnostik er en accelerators ”øjne og ører”
En accelerator er ikke bedre end dens diagnostik
Diagnostik findes i mange varianter og afskygning
Umuligt at gå i detalje med alting
Diagnostik
11/30/2015
2
Fluorescerende skærme
• Meget udbredt
– Plade påsmurt et fluores-
cerende materiale køres ind
og ud af beamet
– Giver intensitet, position og
beamstørrelse
– Meget visuel
• Kvantitativ via framegrabber
(digital kamera)
• Kan have problemer med
mætning
– Destruktiv
– Bruges ofte
• Lineære maskiner
• transfer beamlines
• til indkøring af
synkrotroner
Optical Transistion Radiation (OTR)
• Når en ladet partikel krydser
en grænse mellem to
forskellige brydningsindeks
udsendes lys
• Lyset udsendes i en konus
med 1/
• Bruges kun hvor >>1
– F.eks. SR ringe (elektroner)
og deres injektors
• Ikke så følsom, men mætter
ikke!
• Man skal være mere
omhyggelig med alignment
11/30/2015
3
• MEGET brugt til strømbestemmelse
– specielt til transferlines (lav-energi)
– Destruktiv
• Med et følsomt
amperemeter
kan man måle fA
Faraday cup
• ’Opfange’ spejlladningerne i vakuumkammeret
• Mere ’prof’ har man
en ordentlig skærm for at skærme mod ind- og udstrå-
ling af EM-bølger
(med ferritringe til at sænke den
nedre cut-off frekvens)
Wall-Current monitor
11/30/2015
4
Beam Transformer (Current Transformer)
• Puls gennem ferritkerne giver
puls i sekundær vindingerne
• Med en simpel spole ses blot den afledte af strømmen
• Adderer modstand og kapacitet
• Får nu pulsen (med en vis
rise-time og droop-time)
• Ser kun AC
– Baseline skifter
• Kun pulseret beam
– Båndbredder op til 2 GHz
• Risetime: ~200 ps
– Droop: ~1%/µs
– Følsomhed : ~1 mA (nemt)
• Bruges i transfer beamlines, og boostere (ringe)
til optimering af injektion (og ekstraktion)
Beam Transformer 2
)()( tItU beamout
11/30/2015
5
• For at måle DC strømmen bruges en DCCT
• DC strømmen vil oftest være den mest vigtige enkelt parameter
DC Current Transformer (DCCT)
Eksempler
• Bergoz NPCT (en DCCT)
• Bergoz FCT (Fast Current Transformer)
• Følsomhed:
~5 µA/sqrt(Hz)
• Ranges: 20 mA,
200 mA, 2 A, 20 A
• Frekvensrespons
op til ~10 kHz
11/30/2015
6
Levetid
• Partiklerne tabes over tid af forskellige grunde
– Stød med restgassen
– Indbyrdes stød (Touschek spredning)
– Store energi afvigelser via udsendelse af synkrotron stråling
• Oftes (lokalt) eksponentiel henfald
• Hvis levetiden varierer kan man lave lokalt fit
Position pickups - ioner
• Diagonal skåret ’skotøjsæske’
Sum signal
fra ELISA
(3 omgange)
Kan se få nA (med midling)
Shoebox type
11/30/2015
7
Button Pickups
• Standard for elektron ringe til BPM (Beam Position Monitor)
• 4 ’knapper’ anbragt symmetrisk omkring beamet
• Relativt nemt få sub-µm præcision
• Kun lineær tæt omkring centeret
• Kalibrerer centeret vha. nærtsiddende Qpol
4321
4321
UUUU
UUUUkX x
4321
4321
UUUU
UUUUkY y
Button Pickups 2 – Udlæsning (gammeldags)
11/30/2015
8
Button Pickups 3 – Nyere Udlæsning (Libera)
• Måler på 4. RF harmoniske
(418.8 MHz)
• Sample frekvens: 98.4 MHz
(undersampling)
• Alias frekvens: 26.2 MHz = 4*frev
Placering af pickups
• For positionbestemmelse til orbit korrektion
– Bør sidde hvor beta er stor
– Bør have 4 pickups per betatronsvingning
• Npickups>=4*Q
• I praksis vælges så det passer med symmetrien
11/30/2015
9
Striplines
• Meget følsom pickup
– Retningsfølsom
• Også meget effektiv til eksitation af beamet
• Dyrere end button pickup (derfor ikke 100’vis på en ring)
Synkrotron Stråling
• Synkrotron strålingen kan afbilledes på et kamera og
give megen information om beamet
– Position
– Beamstørrelser
• emittans
– Intensitet
– Instabiliteter
• ”Ganske gratis”
11/30/2015
10
Tune måling
• Med måling et sted kan man
kun måle fraktionen indenfor 0.5
• Kan måle ved brug af resonant
eksitation eller ved impuls eksitation
(hurtigt kick)
• tilsvarende målinger af synkrotron
frekvensen
Måling af optiske parametre
• Dispersion:
• Det er let at vise at
• Betafunktionen i en Q-pol: Varier k
• Chromacitet: Mål Q for forskellige Δp/p
1% 2%
Qpol shunt
11/30/2015
11
Emittansmåling
• Mål beamstørrelsen 3 (passende) steder
– Hvis man ved hvordan beamstørrelsen burde udvikle sig kan
man beregne emittansen
• Alternativ til 3 steder: Mål for 3 forskellige Q-pol settings
– Q-pol scan
ASTRID2 diagnostik
RF Cavity w. IonpumpValve
BPMStripline
DCCTViewer
Ionpump
Valve
BPM
BPM
SR camera
Bumper
Bumper
Bumper
Dual Stroke ViewerFCT (Fast Current Transformer)
StriplineBPM
Septum
SR camera
BPM
BPM
BPMBPM
BPM
BPM
BPM
BPM
BPMBPM
3.0 m
Ikke endelig placering Bemærk 4 BPM per girder
Qh=5.185, Qv=2.140
11/30/2015
12
ASTRID2 transfer beamline diagnostik
Qpol
Qpol
Qpol
Qpol
V magnet
V magnet
V magnet
V magnet
H magnet
ValveViewer
HV corrector
Ionpump/gauge
HV corrector
Camera
Camera
Camera
Camera
Camera
Current Transformer
Ionpump/gauge
Current Transformer
Current TransformerIonpump/gauge
Viewer
Valve
HV corrector
Current Transformer
10
.0 m
Ikke endelig placering
11/30/2015
13
ekstra materiale
Beam Loss Monitor
• Mange typer
– Ioniseringskammer
– Scintillator + fotomultiplier
– Pindiodes
• Placeres rundtomkring så man kan
bestemme hvor beamtab forekommer
• Mere følsom end f.eks. DCCT’en
• Kræver høj-energetiske partikler
Bergoz Pin diode BLM
11/30/2015
14
Skraber målinger
• Hvis man kører en skraber ind i beamet og moniterer
strømmen, kan man bestemme emittansfordelingen
– Husk at partiklerne udfører betatron svingninger frem og tilbage
med en maksimal amplitude
• Betragt en enkelt partikel i en lagerring
• Mange partikler med (lidt) forskellig omløbsfrekvenser
• Giver også signal for coasting (DC) beams pga. statistiske
fluktuationer
– Antallet af partikler indenfor en givet længde vil variere med N
• Kan bruges både longitudinalt og transversalt
Schottky Scans
11/30/2015
15
Schottky måling
• På GSI, Darmstadt bruger man Schottky målinger til at
bestemme massen af sære, sjældne atomkerner
Secondary-Emission Monitor (SEM)
• Måler strømmen væk fra et folie eller en tråd pga sekundær
elektronudsendelse
• Med mange tråde kan man måle en profil
11/30/2015
16
Wire-scanner
• Ofte kan man ikke have en tråd inde i beamet i ret lang
tid pga. beamdestruktion
• Derfor bruger man en hurtig flyvende tråd
• Kan måle enten strømmen direkte eller sekundære elektroner
Multi-Wire Chamber
• Beamet ioniserer gassen. Elektronerne opfanges af trådene, og
måles
• Meget stor dynamisk område (ændre gastrykket)
• Reference detektor for Partikel Terapi beams
– Position og intensitet • Vigtigt for præcist at kunne ramme tumoren
11/30/2015
17
Ioniseringskammer
• Beamet ionisere en gas. Kan igen måle strømmen.
• Meget følsom detektor
• Beam Loss Monitor
Gas Curtain
• Noget specielt ting
• Elektroner fra gasjet’en accelereres til en scintillator, og
kan så fotograferes
11/30/2015
18
Residual-Gas Monitor
• Det tyndeste target er blot restgassen