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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
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x
z
2 Einheiten mit jeweiligen Endstücken
Besonderheiten des U27
NdFeB magnet
iron pole
Endstücke
D
Bah
n
zx
y
D
Institut für Kern- und Hadronenphysik / Strahlungsquelle ELBE
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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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