Slide 1 Institut für Kern- und Hadronenphysik / Strahlungsquelle ELBE Eine magnetische Schikane als Option für den U27 Undulator Wozu? Welche Parameter?

Institut für Kern- und Hadronenphysik / Strahlungsquelle ELBE

slide 1

Eine magnetische Schikane

als Option für den U27 Undulator

Wozu?

Welche Parameter?

1. Phasenanpassung2. Gainverstärkung3. Interne Compton-Rückstreuung

1. Räumliche Ausdehnung2. Notwendige Feldstärke

Synonyme: Optisches KlystronDispersive Einheit


slide 2

x

z

2 Einheiten mit jeweiligen Endstücken

Besonderheiten des U27

NdFeB magnet

iron pole

Endstücke

D

Bah

n

zx

y

D


slide 3

12

cm

E

e

e

E xv x

z

D

urmsK

2

2

2

1

u u

Slippage in Driftstrecke: NDND ist Maß für Wirkung der Driftstrecke

Wechselwirkung zwischen Elektron und Welle F vx Ex ~ cos()

Ponderomotive Phase

)()( tzztzkzkz uwavee Elektronenbahn

z

xu

z

zu dzzk

zk

kdzkk ´´)(22

´])1([ 22

2

11

c

v

Ist (z) konstant (oder hat einen konstanten Anteil),so wird konstant Energie auf das Elektron oder die Welle übertragen!

Ist die Resonanzbedingung erfüllt,so ist die ponderomotive Phase über den gesamten Undulator konstant.

urmsD KND )1( 2

In der zweiten Undulatoreinheit muß dieponderomotive Phase den gleichen Wert habenwie in der ersten!

Zwei Undulatoreinheiten

b

a

b

a

b

a

x zdzdzdsU )(2

1 2


slide 4

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5- 7 5

- 5 0

- 2 5

0

2 5

5 0

7 5

1 0 0

G [%

]

D [c m ]

Experimentelle Verifikation und Computersimulation

´)(´)( zBdzcm

ez y

z

ex

By(z) wird gemessen

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0100

150

200

250

300

350

4

3

7

6

D[m

m]

Krms

5

urmsD KND )1( 2

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0100

150

200

250

300

350

4

3

7

6

D[m

m]

Krms

5

mmKND urmsD 5.9)1( 2

(P.Gippner et al. in HH)

Computersimulation mit GPT*

* © Pulsar Physics, The Netherlands

z

xu dzzk

zk

kz ´´)(22

)( 22


slide 5

Bei Änderung des Spaltparameters und damit des Undulatorparameter Krms

muss die Driftstrecke D verändert werden, wobei die Relation

einzuhalten ist.

(Elektron wird in der Driftstrecke relativ zur Welle verzögert, damit es am Eingang der zweiten Undulatoreinheit auf die richtige Phase der Welle trifft.)

verursacht durch Randfelder (unabhängig vom Spaltparameter)

Zusammenfassung

constKND urmsD )1( 2


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b

a

b

a

b

a

x zdzdzdsU )(2

1 2

Gesteuerte Verzögerung der Elektronen mit Hilfe einer Schikane

Elektronen werden in der Driftstrecke durch Anlegen eines Magnetfeldes auf einen Umweg geschickt

Phasenanpassung durch Steuerung der Magnetfeldstärke

Umweg

D

a b

Phasenkohärenz bei:

urmsch KNUD )1(2 22

bzw.

chNUD

22

•Umweg U kann durch Änderung des Magnetfeldes kontinuierlich verändert werden

•Keine mechanische Bewegung nötig

Vorteile

B


slide 7

Mögliche Varianten

•Gleiche bzw. doppelte Feldstärke•Alle Pole mit gleicher Länge•Elektronenbahn mit Neigungswinkel im Zentrum

4-Pole Schikane

undulatorc h i c a n e

l0l2

undulatorB0 B02B02B0

l0 l1l1lmlm lmlm

3-Pole Schikane

•Gleiche Feldstärke, gleicher Strom•Mittlerer Dipole mit doppelter Länge (alternativ doppelte Feldstärke)•Elektronenbahn im Zentrum parallel zur Achse

l1

undulatorc h i c a n e

lm l0

undulator

l0 lm 2*lm l1

B0 B0 B0


slide 8

Entwurf von P.Gippner

Äquivalente Driftstrecke

)100(148

2

03

mTmmc

eBDD chä

Gainverstärkungdurch Mikrobunching

02

GL

DG

u

ä

U { *12177 m *7108 m

*457 m {chN

12

74 {

mrad62

mrad49mrad35

-100 -50 0 50 100-300

-200

-100

0

100

200

-2

-1

0

1

2

D3

-1000 A*n- 800 A*n- 600 A*n

D4D2D1

963 A*n1338 A*n1720 A*n

By [

mT

]

z [mm]

x [m

m]

0 100 200 300 400-400

-200

0

200

400

Gre

l [%

]

B [mT]

Simulation mit GPT

D1 D2 D4D3

Platz für Flansch

Vakuumkammer

21 cm

13 c

m


slide 9

Schikane für Compton-Rückstreuung

Elektronenstrahl mit doppelter Wiederholrate Elektronenpuls trift in Resonatormitteauf zurücklaufenden IR Strahl

Letztere wird in Richtung des e-Strahles gestreut,Strahlungsenergie wird um einen Faktor 42 erhöht.

Strahlrichtung mit Winkel 5 – 8 mrad zur Resonatorachse möglich

Dazu wird benötigt: B0 10-20 mT (80-130 A*n)

Ha

lbe

r K

am

me

rqu

ers

chn

itt h

oriz

on

tal

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

8 mrad

U27 resonator

X-ray

dipo

le

dipo

le

downstream mirrorupstream mirror undulator

x[ m

m]

z [m]

5 mrad


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Resümee

Aufgaben einer Schikane

Phasenanpassung

Gainverstärkungung

Compton-Rückstreuung


slide 11

Anforderungen an die Genauigkeit des Magnetfeldes und die Strahlschärfe

)100(%4)1(24 020

32

2

mTBBD

Ke

cm

ch

urms

e

Elektronenenergie

.

)100(4)1(24 00

22

mTBmTBD

Ke

cmB

ch

urms

e

Magnetfeld

nAmT *5.04

Simulation mit GPT

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