Accelerating electric field strength amplitude and phase calibration based on particle beam induced electric field strength transient detection in linear particle accelerators

• Autorzy: Pawlik P.

Warianty tytułu

PL

Kalibracja amplitudy i fazy natężenia przyspieszającego pola elektrycznego w liniowych akceleratorach cząstek w oparciu o detekcję zmian natężenia pola elektrycznego wywołanych wiązką cząstek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the work done in the development of a single bunch induced transient detection system for linear particle accelerators. The purpose of the system is to perform a phase calibration. Other currently available methods used for the task have several disadvantages. The main drawback is that they are affecting normal accelerator operation while measurements. The system, performs the calibration without disturbing accelerator operation. Despite the fact that, the design of the system is dedicated to FLASH, it can be utilized in other applications. The system can be used in particle accelerators with RF field acceleration. Moreover an RF feedforward comb filter employed in the system can be utilized in applications where normally RF notch filters are used.

PL

Niniejsza praca dotyczy ważnej tematyki kalibracji amplitudy i fazy w liniowych akceleratorach cząstek naładowanych. Do prawidłowej pracy akceleratora niezbędne jest wykonanie takiej kalibracji. Źle skalibrowane wnęki rezonansowe akceleratora bądź nie skalibrowane są przyczyną nieprawidłowego przyspieszana bądź nawet hamowania wiązki. W efekcie transmisja wiązki zanika. Ponadto dryfty występujące w głównym oscylatorze są przyczyną rozkalibro-wywania się wnęk. Z tego powodu raz skalibrowane wnęki z upływem czasu ulegają rozkalibrowaniu. Istniejące do tej pory metody kalibracji umożliwiały wykonywanie kalibracji tylko sporadycznie ze względu na konieczność przerwania normalnej pracy akceleratora i ustawienie specjalnych parametrów akceleratora. Autor zaproponował nową metodę pomiarową umożliwiającą wykonywanie kalibracji amplitudy i fazy przyspieszającego natężenia pola elektrycznego w liniowych akceleratorach cząstek podczas normalnej pracy akceleratora. Metoda taka umożliwia wykonywanie ciągłej kalibracji co pozwala na kompensację dryftów głównego oscylatora. Ponadto z wykorzystaniem tej metody po raz pierwszy możliwy jest pomiar parametrów pojedynczych grup elektronów wiązki. Zaproponowana metoda polega na pomiarze zmian natężenia pola elektrycznego we wnękach rezonansowych wywołanych pojedynczymi grupami elektronów. Ze względu na to, że zmiany te są bardzo małe - 3000 do 10000 razy mniejsze od bezwzględnej wartości natężenia pola we wnęce, zadanie to jest bardzo trudne. Zaproponowany system jest pierwszym systemem na świecie umożliwiającym pomiar tak małych zmian pola podczas normalnej pracy akceleratora. Do pomiaru wykorzystywany jest układ mikrofalowy, w którym najbardziej krytycznym elementem jest filtr grzebieniowy. Filtr ten jest zbudowany na biernych elementach mikrofalowych. Główna zasada działania filtru polega na odejmowaniu aktualnego sygnału o częstotliwości 1.3 GHz od sygnału opóźnionego. Dzięki temu sygnał stały 3000 do 10000 razy większy od zmian poła jest tłumiony podczas pozostawienia zmian pola nie stłumionych. Konieczność uzyskania tłumienia nośnej rzędu 100 dB związane jest z koniecznością dostrajania amplitudy i fazy filtru z dokładnością do 0.001° w fazie i 1/100 000 V/V w amplitudzie. Sygnał na wyjściu filtru jest wzmacniany i demodulowany cyfrowo za pomocą oscyloskopu. W ramach doktoratu opracowano i wykonano trzy wersje systemu pomiarowego zmian natężenia pola elektrycznego wywołanych pojedynczymi grupami elektronów. Opracowane systemy pomiarowe zostały zainstalowane oraz przetestowane w działającym akceleratorze FLASH w Hamburgu. Testy udowodniły, że opracowana koncepcja pomiarowa działa zgodnie z oczekiwaniami. Opracowany system jest obecnie zainstalowany w akceleratorze FLASH w Hamburgu i wykorzystywany do pomiarów. W przyszłości opracowana koncepcja pomiarowa będzie wykorzystana w przyszłościowym akceleratorze XFEL.

Słowa kluczowe

EN

linear accelerator; amplitude calibration; phase calibration; comb filter; electric field

PL

akcelerator liniowy; kalibracja amplitudy; kalibracja fazy; filtr grzebieniowy; pole elektryczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2008
• Tom: z. 113
• Strony: 81--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Pawlik P.

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

Bibliografia

• [1] Pawlik P., Grecki M., Simrock S., Napieralski A.: New method for beam induced transient measurement, accepted to Measurement Science and Technology of IOP Journal, 2007.
• [2] Pawlik P., Grecki M., Simrock S.: New Method for RF Field Amplitude and Phase Calibration in FLASH Accelerator", materiały konferencyjne XIIIth International Conference MIXDES 2006, ISBN 83-922632-1-9, Gdynia, Poland, 06.2006, pp. 85-88.
• [3] Pawlik P., Grecki ML, Simrock S.: Single bunch iriduced transient detection. Conference materials Proceedings of SPIE, ISBN 0-8194-6431-7, Wilga, Poland, 2006, vol. 6347.
• [4] Aghababyan A., Altarelli M., Altucci C, Amatuni G., Anfinrud P., Audebert P. and et al.: The European X-Ray Free-Electron Laser Technical Design Report. Technical report, DESY XFEL Project Group, European XFEL Project Team, ISBN 3-935702-17-5, Hamburg, Niemcy, 2006. Available from: http://xfel.desy.de/tdr/index_eng.html
• [5] Pawlik P.: Detektor amplitudy i fazy zmian pola wywołanych wiązką elektronów w nadprzewodzącej komorze rezonansowej w akceleratorze liniowym TTF2. Zeszyty Naukowe Katedry Mikroelektroniki i Technik Informatycznych "Mikroelektronika i Informatyka" nr 5, ISBN 83-922632-0-0, Mikorzyn, Poland, 2005, pp. 45-51.
• [6] Pawlik P., Grecki M., Simrock S.: System for High Resolution Detection of Beam Induced Transients in RF Signals. Conference materials XII-th International Conference MDCDES 2005, ISBN 83-919289-9-3, Cracow, Poland, 06.2005, vol. 2, pp. 815-820.
• [7] Pawlik P., Grecki M., Simrock S.: Single Bunch Transient Detection for The Beam Phase Measurement in Superconducting Accelerators. Conference materials Proceedings of DIPAC, Lyon, France, 2005. Available from: http://accelconf.web.cern. ch/AccelConf/d05/PAPERS/ POM031.PDF
• [8] Pawlik P.: Metoda dostrajania filtru z linią opóźniającą. Zeszyty Naukowe Katedry Mikroelektroniki i Technik Informatycznych "Mikroelektronika i Informatyka" nr 4, ISBN 83-919289-5-0, Ślesin, Poland, 2004, s. 125-129.
• [9] Pawlik P., Simrock S., Weddig H.C.: Simulation And Measurement of an RF Notch Filter For An Electron Beam Single Bunch Detector. Conference materials XI-th International Conference MIXDES 2004, Szczecin, Poland, 06.2004, pp. 430-434.