Accelerator physics studies of the MAX-lab storage rings
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Synkrotronstrålning genereras när laddade partiklar som färdas med relativistiska hastigheter böjs av i ett magnetfält. Under accelerationen som böjningen utgör genereras synkrotronstrålning i en smal kon i partikelns framåtriktning. Denna fotonstrålning är intensiv och utgör en användbar prob inom materialforskningen. Genom att belysa material med synkrotronstrålningen, som omfattar våglängder från det infraröda till hårdröntgen, går det att studera strukturer och egenskaper för olika material. Synkrotronstrålning är speciellt värdefullt då det i skrivande stund inte finns något alternativ som tillhandahåller samma kombination av hög intensitet och korta våglängder.
Av de olika acceleratoranläggningar som finns idag för produktion av synkrotronstrålning är de flesta av 3:e generationen. Dessa acceleratorer är lagringsringar för elektroner, med magnetiska insättningselement för ytterligare synktronstrålningsproduktion. Den genererade strålningen leds ut till experimentstationer där forskargrupper kan göra experiment.
Dessa acceleratoranläggningar utgör dock en avsevärd investering. På grund av detta är det av intresse att undvika driftstopp och att det är god kvalitét på den genererade strålningen. För anläggningar som är i planeringsstadiet genomförs omfattande designstudier för att i möjligaste mån säkerställa prestanda.
Arbetet bakom denna avhandling har bedrivits på den nationella anläggningen MAX-lab, som har tre synkrotronljuskällor i drift; MAX I, MAX II och MAX III. En fjärde anläggning, MAX IV, är i planeringsstadiet. Avhandlingens fokus ligger på karaktärisering av MAX II och MAX III, dels för att samla information användbar för drift och underhåll, dels för att utvärdera de teknologiska lösningar som nyttjats i acceleratorernas konstruktion. Det sistnämnda har ett speciellt värde i fallet MAX III, då syftet med ringen förutom synkrotronstrålningsproduktion även omfattar driftstest av acceleratorteknik avsedd för MAX IV. Denna teknik inbegriper bl.a. magneter avsedda för både fokusering och böjning av strålen; två funktioner som normalt sköts av separata magneter.
Under karaktäriseringsarbetet av MAX III upptäcktes ett problem där systemet för styrning av strålbanan överbelastades. Detta avhjälptes framgångsrikt genom att positionera om acceleratorns magneter med hjälp av elektronstrålen som referens. Metoden som användes och det slutgiltiga resultatet ligger även det till grund för avhandlingen.
Slutligen omfattar avhandlingen även simuleringar av Coulombspridning inom en elektronstråle. Simuleringarna gjordes med befintlig mjukvara, framtagen på CERN, för en preliminär acceleratordesign som nu ligger till grund för MAX IV. Coulombspridning, d.v.s. elastiska kollisioner mellan elektroner i strålen, leder till att strålen blåses upp. Detta skulle resultera i försämrad prestanda för experimentstationerna och hur stor denna effekt teoretiskt är behövde därför utvärderas.
Synkrotronstrålning genereras när laddade partiklar som färdas med relativistiska hastigheter böjs av i ett magnetfält. Under accelerationen som böjningen utgör genereras synkrotronstrålning i en smal kon i partikelns framåtriktning. Denna fotonstrålning är intensiv och utgör en användbar prob inom materialforskningen. Genom att belysa material med synkrotronstrålningen, som omfattar våglängder från det infraröda till hårdröntgen, går det att studera strukturer och egenskaper för olika material. Synkrotronstrålning är speciellt värdefullt då det i skrivande stund inte finns något alternativ som tillhandahåller samma kombination av hög intensitet och korta våglängder.
Av de olika acceleratoranläggningar som finns idag för produktion av synkrotronstrålning är de flesta av 3:e generationen. Dessa acceleratorer är lagringsringar för elektroner, med magnetiska insättningselement för ytterligare synktronstrålningsproduktion. Den genererade strålningen leds ut till experimentstationer där forskargrupper kan göra experiment.
Dessa acceleratoranläggningar utgör dock en avsevärd investering. På grund av detta är det av intresse att undvika driftstopp och att det är god kvalitét på den genererade strålningen. För anläggningar som är i planeringsstadiet genomförs omfattande designstudier för att i möjligaste mån säkerställa prestanda.
Arbetet bakom denna avhandling har bedrivits på den nationella anläggningen MAX-lab, som har tre synkrotronljuskällor i drift; MAX I, MAX II och MAX III. En fjärde anläggning, MAX IV, är i planeringsstadiet. Avhandlingens fokus ligger på karaktärisering av MAX II och MAX III, dels för att samla information användbar för drift och underhåll, dels för att utvärdera de teknologiska lösningar som nyttjats i acceleratorernas konstruktion. Det sistnämnda har ett speciellt värde i fallet MAX III, då syftet med ringen förutom synkrotronstrålningsproduktion även omfattar driftstest av acceleratorteknik avsedd för MAX IV. Denna teknik inbegriper bl.a. magneter avsedda för både fokusering och böjning av strålen; två funktioner som normalt sköts av separata magneter.
Under karaktäriseringsarbetet av MAX III upptäcktes ett problem där systemet för styrning av strålbanan överbelastades. Detta avhjälptes framgångsrikt genom att positionera om acceleratorns magneter med hjälp av elektronstrålen som referens. Metoden som användes och det slutgiltiga resultatet ligger även det till grund för avhandlingen.
Slutligen omfattar avhandlingen även simuleringar av Coulombspridning inom en elektronstråle. Simuleringarna gjordes med befintlig mjukvara, framtagen på CERN, för en preliminär acceleratordesign som nu ligger till grund för MAX IV. Coulombspridning, d.v.s. elastiska kollisioner mellan elektroner i strålen, leder till att strålen blåses upp. Detta skulle resultera i försämrad prestanda för experimentstationerna och hur stor denna effekt teoretiskt är behövde därför utvärderas.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2009
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Ämne
- Natural Sciences
- Physical Sciences
Nyckelord
- Electron accelerator
- linear optics
- storage ring
- characterisation
- synchrotron radiation
- emittance
- intrabeam scattering
- electron beam profile
Status
Published
Handledare
- Erik Wallén
- Lars-Johan Lindgren
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-628-7793-4
- ISRN: LUNTDX-NTMX--1008--SE
Försvarsdatum
3 juni 2009
Försvarstid
10:15
Försvarsplats
Föreläsningssal B / Lecture theatre B, Fysicum, Lund University
Opponent
- Yannis Papaphilippou (Dr.)