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Anne Oppelt Technisches Seminar 14.6.2011 1
Neues von PITZInhalt1. Ergebnisse von PITZ1.82. Aktuelle Umbauaktivitäten3. Die Zukunft von PITZ
- Mit Folien von F.Stephan, M.Krasilnikov, M.Sachwitz -
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Umbau 2010: PITZ1.8
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• neue Gun mit 10 MW-Richtkoppler→ verbesserte RF-Regelung / Phasenstabilität
• CDS-Booster→ höhere Strahlenergie, bessere Emittanz
• Tomographiemodul→ alternative Phasenraumvermessung
Umbau 2010: PITZ1.8
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Phasenstabilität
Gun(E0,φ)
T-combiner
10-MW klystron
forward1 reflected1 reflected2 forward2
Verbesserung der Phasenstabilitätdurch RF-Regelung auf die Signaledes neuen 10 MW-Richtkopplers(nahe der Gun, im Vakuum) anstelle der zwei 5 MW-Richtkoppler(vor T-Combiner, in SF6)
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Phasenstabilität
[μs]
2009 (kein FB)Rekonstruierte FPGA-Phasebasierend auf den Signalen von zwei 5 MW-Richtkopplern
2010/11 (FB on)Gemessene FPGA-Phasevom 10 MW-Richtkoppler
[μs]
Phase bleibt flach über den gesamten Elektronenpulszug
Phasenfluktuationen:1-1.5 deg (peak-peak)0.2-0.3 deg (rms)
Phasenänderung ~5 deg / 40 μs
Phasenfluktuationen:10-15 deg (peak-peak)2-4 deg (rms)
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EmittanzmessungMessung mit Schlitztechnik (EMSY):- Strahlgröße auf Schirm an der
Position der Schlitze- Strahldivergenz durch Beobachtung
der ‘Beamlets’ nach Driftstrecke auf Analyseschirm
Skalierte 100%-Emittanz:
EMSY1 (z = 5.74 m)Analyseschirm
2.64 m
Schlitzmaske
222
2xxxx
xx
n ′−′⋅= βγσε
Skalierungsfaktor ( >1 )korrigiert unterschätzte Größe
von Beamlets niedriger Intensität
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Emittanzmessung 2009[mit TESLA-Booster (<15 MeV) und schlechterer Phasenstabilität]
XFEL: Slice-Emittanzam Undulator (1 nC)
LCLS1 nC
LCLS0.25 nC
XFEL kann mit14 GeV betrieben werden
und somit 33 M€eingespart werden
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Emittanzmessung 2011erhöhte Strahlenergie
+besseres Laserprofil
+signifikant bessereRF-Phasenstabilität
Emittanz-Weltrekordbei verschiedenen
Strahlladungen
Dank an alle, die dies ermöglichten!
Weitere Verbesserungder Messwerte von 2009!
(Ergebnisse sind noch nicht veröffentlicht)
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Phasenraum-TomographieTomographiemodul:Periodische Anordnung von Quadrupol-magneten und Leuchtschirmen zurVermessung des Phasenraumes
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Dunkelstrom vom Booster
Elektronenstrahl (6 MeV)
GunBooster DipolDunkelstrom (18 MeV)
Deckel
Boden
TLD
LEDA: Messungdes Energiespektrums
Problem: seit Okt. 2010 erhöhte Strahlung am Thermo-Lumineszenz-Detektor (TLD) Nr. 9 (Rückwand PITZ)
Ursache: Booster erzeugt Dunkelstrom;bei Betrieb des LEDA-Dipols kann dieser entgegen der normalen Strahlrichtung zur Tunneldecke gelangen
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Dunkelstrom vom BoosterAuswertung TLD Nr. 9 (August 2010 – Mai 2011)
ca. 3 μSv/h(gemittelt)
→ ca. 6 mSv im Arbeitsjahr (bei 2000 Arbeitsstunden)
Strahlenschutzverordnung:Bevölkerung: 1 mSv/a zusätzlich zur natürlichen StrahlenbelastungBeruflich strahlenexponierte Personen (Kat.B): bis 6 mSv/a
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1.Lage 2.LageSchwerbeton
23. Mai 13:21 27. Mai 10:08
Dunkelstrom vom BoosterPANDORA Z-45 (Reserve) wurde am 20. Mai 10:57:15 in Höhe der TLD Nr.9 installiert und 2 Schichten Schwerbeton gelegt.
~55 μSv/h*
~10 μSv/h*
~4 μSv/h*
* Maximalwert (Dipol an)
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Dunkelstrom vom Booster
190 315 1020 4050 2870 1800 310430 920 436 650 480 375 300310 614 1090 1021 1100 375 300
250 255 305 300 300 275 250
48cm
TLD Nr. 9PANDORA Z-45
48cm
48cm Messung der maximalenDosisleistungswerte (nSv/h) am So, 29.Mai 10:30 – 11:15 han der Stirnseite von PITZ(mit 2 Lagen Schwerbetonsteinen)
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Dunkelstrom vom Booster
13588
75
80
708573
75
87
78
78
110
4050
70 73 76 75
85
1088583
Messung der maximalenDosisleistungswerte (nSv/h) am So, 29.Mai 10:30 – 11:15 hin und vor dem Laborgebäude
Natürliche Strahlenbelastung→ KW ~70 nSv/h→ Freiburg/Br. ~190 nSv/h
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Mögliche Maßnahmen:• Vermeidung der Strahlungsspitzen
durch Abschirmung des Dunkelstroms• Schwerbeton schütten (Hochbord, ca. 48 cm)• Anbringen einer Bleiabschirmung im Tunnel (ca. 8 cm)oder Kombinationen davon
Dunkelstrom vom Booster
~4 μSv/h
~720 nSv/h
~150 nSv/hTest am 1.6.2011 11:00 – 11:20 h
Schirm reingefahren
Ventil geschlossenMaximalwert
(Dipol optimiert)
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1. Austausch Gun-RF-System → höhere Leistung vom Toshiba-Thompson-System
2. RF-Deflektor→ zeitaufgelöste Messungen
(z.B. Bunchlänge)
Umbau 2011: PITZ2
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beam dump
DISP3.Scr1
DISP3.Scr2
electronbeam
3. HEDA2→ hochauflösende Messungen
mit langen Pulszügen
Umbau 2011: PITZ2
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• jetziger Shutdown bis ≥ Oktober 2011
• Messprogramm mit PITZ2 bis Sommer 2012
• Installation und Konditionierung XFEL-Gun
Danach:
• neues Lasersystem: 3D-Laserpulse (Ellipsoide) für
bessere Emittanz, weniger Halo, kürzere Bunchlänge
• Umbau von PITZ für die Erzeugung ultrakurzer Pulse
(neuer Modus für XFEL), ggf. (Laser-)Plasmabeschleunigung
Ausblick
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Ultrakurze Bunche1. Ellipsoide Laserpulse
Finanzierung durch BMBF, Realisierung 2012
2. Bunchkompressor
L-BandGun
CDSBooster
Chicane
3m 4.7m0m
QF QD
6.9m 7.35m
von PITZ2
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Relative z position, mμ
Mom
entu
m in
z, [
keV
/c]
170
-60-3.4 4.4
Longitudinaler Phasenraum und Strahlstrom nach Kompression
Ultrakurze Bunche
LadungStrahlgröße / Bunchlänge
mx μσ 7.10= my μσ 3.4=fst 3=σ
pCQ 1=
→ Option für (Laser-) Plasmabeschleunigung
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(Laser-) PlasmabeschleunigungFunktionsprinzip:
1. Wellenanregungdurch einen extrem leistungsstarken Laser oderdurch den Elektronenstrahl selbst
2. Elektroneninjektion→ Beschleunigung (von Teilen)
des Elektronenstrahls
extrem kurze Beschleunigersind möglich
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Zusammenfassung
1. PITZ hat sehr gute Ergebnisse erzielt, z.B. Weltrekord-Emittanzen produziert.
2. Endlich vollständig: Der Umbau zur Ausbaustufe PITZ2 hat begonnen und wird im Herbst 2011 realisiert sein.
3. Und es geht immer weiter:Neuartige und weltweit einmalige Beschleunigerexperimente können mit dem Photoinjektor-Teststand in Zeuthen durchgeführt werden!