Smart materials as sensors and actuators for Lorentz force tuning system

• Autorzy: Sękalski P.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie materiałów inteligentnych w stroiku do kompensacji siły Lorentza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The linear accelerator used for experiments with high energy electrons or positrons uses the RF cavities. Each of the structure needs to be equipped with the fast frequency tuning system. In the paper there is presented a sample system, which is dedicated to superconducting nine-cells TESLA cavity. The main aim of described electromechanical system is the compensation of the Lorentz force effect. The piezoelectric multilayer low-voltage stacks are used for this purpose as active elements. The paper is focused on the actuator itself and the control system used for its driving. Both subjects were investigated in details as tested in the framework of the PhD dissertation.

PL

Głównym elementem akceleratora liniowego jest rezonansowa wnęka przyspieszająca. Wraz ze zwiększaniem gradientu pola przyspieszającego rośnie jej odstrojenie od częstotliwości fali wymuszającej. Efekt ten jest spowodowany siłą Lorentza. W dysertacji przedstawiono nie tylko powyższe zjawisko, ale także opisano różne rodzaje submikrometrycznych systemów elektromechanicznych, dzięki którym możliwa jest jego kompensacja. Autorskim rozwiązaniem jest automatyczny system przeciwdziałający odstrojeniu wnęki podczas pracy impulsowej. Dodatkowo zaprezentowano elementy wykonawcze i czujniki, w szczególności oparte na efektach piezoelektrycznym, piezorezystywnym i magnetostrykcyjnym. Dzięki zaprojektowanemu systemowi możliwa jest kontrola kształtu jednometrowej wnęki z dokładnością do dziesiątej części mikrometra. Użyte elementy aktywne oraz czujniki pracują w temperaturze 1,8 K, w wysokiej próżni w środowisku radioaktywnym. Ponadto w pracy rozwiązano problem pomiaru siły statycznej działającej na piezoelement w docelowych warunkach pracy. Dzięki autorskiej metodzie możliwe jest wykorzystanie samego czujnika piezoelektrycznego, który ze swej natury jest elementem dynamicznym, do pomiaru siły statycznej.

Słowa kluczowe

EN

Lorentz force; Lorentz force compensation; piezostack; RF cavity; linear accelerator; TESLA

PL

siła Lorentza; kompensacja siły Lorentza; piezoelement; rezonansowa wnęka przyspieszająca; akcelerator liniowy; TESLA

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2007
• Tom: z. 111
• Strony: 95--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Sękalski P.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] Brinkmann R. et all: TESLA XFEL, Technical Design Report Supplement, DESY 2002-167, 2002.
• [2] Sękalski P., Napieralski A., Simrock S.: Electromechanical System For Lorentz Force Compensation, NSTI-Nanotech 2006, pp. 393-396, ISBN 0-9767985-8-1 Vol. 3, 2006.
• [3] Liepe M., Moeller W.D., Simrock S.N.: Dynamie Lorentz Force Compensation with a Fast Piezoelectric Tuner, Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, USA, pp. 1074-1076.
• [4] Schilcher T.: Vector Sum Control of Pulsed Accelerating Field in Lorentz Force Detuned Superconducting Cavities, PhD thesis, Hamburg 1998.
• [5] Sękalski P. et all: Smart Materials Based System Operated At 2K Used As A Superconducting Cavity Tuner For VUV-FEL Purpose, ACTUATOR 2006, pp. 948-951, ISBN-3-93333-O8-1.
• [6] Sękalski P., Napieralski A., Simrock S., Lilje L., Bosotti A., Paparella R., Puricelli F., Fouaidy M.: Static absolute force measurement for preloaded piezoelements used for active Lorentz force detuning system, LINAC 2004, pp. 486-488, Liibeck, Germany.
• [7] Zickgraf B. et all: Fatigue Behaviour of Multilayer Piezoelectric Actuators, Applications of Ferroelectrics, 1994. ISAF '94, pp. 325-328.