Set-up FLASH1, 2 &3: FLASH: The first soft X-ray FEL operating two undulator beamlines simultaneously. Juliane Rönsch-Schulenburg

Transkript

1 Set-up FLASH1, 2 &3: FLASH: The first soft X-ray FEL operating two undulator beamlines simultaneously Juliane Rönsch-Schulenburg Beschleunigerbetriebsseminar Travemünde Februar-20, 2018

2 Vorbereitung

3 Was ist Programm? Logbuch-Schicht-Header / Schichtübersicht Was ist Ziel der Schicht? (Goal) Das ist das allererste worüber man sich klar werden sollte - deshalb sollt ihr das auch als erstes in die Schichtübersicht schreiben! Die Antwort findet man im Programm der Woche (in der Wochenübersicht) Bitte beachten, dass Ihr in das Programm dieser, nicht der nächsten Woche schaut Page 3

4 Was ist Programm? Was wollen die Nutzer genau? Wochenübersicht Eben dem Programm der Woche findet man da auch detaillierte Parameter Page 4

5 Was ist der Zustand von FLASH? Schicht-Übergabe & Schicht--Docu Schichtübergabe Protokoll der Runkoordinationsmeetings Dokumentation der Maschinenparameter Beinhaltet das Abspeichern einer Datei mit dem Sequencer Panel anschauen! Nicht nur drucken! Page 5

6 Setup-Prozedur

7 FLASH setup Set-up Wir versuchen Euch durch die Aufsetzprozedur zu leiten. Feedback ist gewünscht und wir bauen Verbesserungsvorschläge gerne ein Page 7

8 FLASH setup Linac set-up xxx Wenn keine Startdatei gegeben ist. Beginne möglichst von einem aktuellen Referenz-File. Page 8

9 FLASH setup Wahl der geeigneten Maschinen-Datei Was soll ich jetzt aufsetzen? Gibt es eine aktuelle passende Referenz-Datei oder passt ein andere Datei besser? Wenn ja, wirklich? Wie alt ist das File? Was ist in der Zwischenzeit passiert? Passt Energie, bzw. Wellenlänge, muss ich skalieren, vielleicht mehrfach? Gab es Strahl für Flash1 und Flash2 ODER Flash3? War die Transmission 100%? Gab es Verluste? Was war die Bunchzahl Welche Ladung -> kurze oder lange Pulse? Waren die Magnete gecycelt? Ist der Maschinenzustand im Logbuch gut dokumentiert? Welchen Betrag hatte die SASE Energie? Bei Unklarheiten SASE-Experten oder Run-Koordinatoren anrufen! Page 9

10 FLASH setup Womit beginnen? Erst on-crest Phasen scans oder erst eine neue Dateien anfahren? Xxx Das hängt davon ab, wie der aktuelle Maschinenzustand ist Phasenscans sollten beim aufsetzen gemacht werden, wenn die letzten mehr als 16h her sind Um die Kompression verstehen zu können müssen die on-crest Phasen regelmäßig gemessen werden! Immer so früh wie möglich in der Aufsetz-Prozedur Voraussetzung: Transmission bis durch Dogleg, das alle Module angeschaltet sind die man für die entsprechende Energie braucht Page 10

11 FLASH setup On-crest-Phasen Messung Gun-phase scan alle Feedbacks ausschalten Gun steps rausnehmen, sonst wird die gun phase für FLASH2 nachgezogen und die Messung für Laser1 ist falsch! Schließe ACC1 Ventil, das die BAM-Motoren nicht an den Anschlag laufen. Achte darauf, dass das das Vakuum wieder abfällt Phasen-Scans vorzugweise bei 0.2 nc Viele Bunch reduzieren das Rauschen der Messung Nach den Scans Ladung auf sinvolle (alte) Werte setzen, on-crest Phasen setzen, Ventile öffnen (wieder Vakuum beachten) Transmission checken, Killer-Steerer für on-crest-phasen Messung der Module anschalten uns auf 3.5A gehen. Page 11

12 Laser Die virtuelle Kathode Wird verwendet um das transversale Profil sowie die Position der Laser zu überprüfen und zu justieren Hat den gleichen Abstand von der BSA wie die Gun-Kathode Wenn Laser auf der virt. Kathode justiert werden muss Nur die zwei Mirror Linear Translation Motoren benutzen Mirror Angles nicht fahren Page 12

13 FLASH setup On-crest-Phasen Messung SASE-tuning panel in Logbuch drucken Setze Module auf: Amplitude Phase Messung ACC BAM: 3DBC2 ACC BAM: 3DBC2 ACC BAM: 4DBC3 ACC45 ACC67 Transmission durchs Dogleg Transmission durchs Dogleg 0 Energie im Dogleg 0 Energie im Dogleg Beachte, dass während der Scans die Transmission erhalten bleibt. Page 13

14 Timing einstellen Lücke zw. FLASH1 & FLASH2 Mindesten 50 µs, besser 70 µs Wird ein LOLA-bunch benötigt Beachte: Gunpulslänge: z.b. 450 µs Im gemeinsamem Teil gibt es mehr als 30 Bunche -> Longpulse-Mode (FLASH2) 100 khz Page 14

15 FLASH setup Sequenzer xxx => Da man sich diesem Orbit annähern möchte. Die bleiben gerne hängen. Gibt es Gründe für ein anderes HF Setting? Sind es extreme Werte? Page 15

16 FLASH setup Bevor man wieder Strahl macht Die FLASH2 Undulatoren sind zu Beginn offen, um Verluste zu vermeiden FLASH2 automatische undulator Optik ausschalten Man beginnt immer ohne RF-steps Alle Feedback abschalten, falls noch nicht geschehen Page 16

17 FLASH setup Sollwerte der HF Amplituden und Phasen einstellen (ohne HF- Steps) und Limits beachten. Falls nicht vom Sequencer gemacht, sonst überprüfen Readback Wert vergleichen Evtl. sind die Flat Top s einiger Module nicht stabil. Oder Set-Wert und Readback stimmen nicht über ein. Bei großen Gradientänderungen müssen evtl. die Cavities durch LLRF-Experten getunt werden Beachte Beam-loading Kompensation Gibt es RF-Slops? Brauche ich die wirklich? Page 17

18 FLASH setup Transmission Beim optimieren von Orbit und Transmission immer auf die Verlust-Panels der entsprechenden Sektion achten Strahl bis BC2 oder BC3 fädeln mit Steerern, wenn nötig Man beginnt immer mit der Ladung die in der Datei verwendet wurde (gleiche BSA) Sobald man den Strahl durch BC2 bzw. BC3 hat: Kompression wiederherstellen wichtig: - Signal ist ladungsabhängig - BCM (d.h. 9DBC2.1 oder 9DBC2.2) Optimiere den Orbit durch das Dogleg mit ACC4/5, ACC6/7, H3DBC3 und V3DBC3 Auf den BPMs 1TCOL und 6TCOL sollte der Strahl in den roten Rechtecken sein, also +/-1mm Verluste können nicht reduziert wenn die Dispersion nicht geschlossen ist Page 18

19 FLASH setup Dipole Prüfe Dipolströme Dipolströme in FLASH1 und FLASH2 sollten konsistent sein. FLASH2 Akzeptanz ist viel kleiner Wenn die Dipole vom Designwert abweichen, tritt Dspersion auf Page 19

20 Dispersion Da die transversale Dispersion die Trajektorie der Teilchen mit Impulsabweichung verändert und die effektive Strahlgröße erhöht, muss die Dispersion kontrolliert werden. Bei FLASH ist spurious dispersion durch Steererkicks - ein wesentlicher Beitrag zur Vergrößerung der Strahlgröße Zuerst Dispersion korregieren, dann Fokussierung fässt man dann allerdings den Solenoiden an oder Element vor dem Dogleg / der Extraktion muss man noch einmal messen Dispersions-Tool (bei FLASH2 nur mit offenene Undulatoren!) Page 20

21 Dispersion Dabei wird die Amplitude von ACC45 oder ACC67 um einen gegeben Gradienten typischerweise 3 MeV erhöht, in diesem Fall um 2 MeV. horizontal vertikal Page 21

22 Dispersion Page 22

23 Dispersion Dispersion wird typischerweise beim Aufsetzen von FLASH2 durch die Operateure gemessen und korrigiert, nicht bei FLASH1! SDUMP dipole switched on for LOLA measurement Page 23

24 Dispersion Korrekturen vor dem Dogleg bzw. der Extraktion können die Dispersion ändern. Optimal ist es Dispersion mit dem Orbit zu korrigieren, wenn das nicht geht: FLASH1: Q3.5ECOL kompensiert FLASH2: Q10FL2EXTR (hor.) kompensiert, Q15FL2EXTR (vert.) kompensiert Page 24

25 Dispersion Nicht geschlossene Dispersion IYAG-Schirm bei verschiedenen Energie ACC45 bei MeV MeV MeV ~690 MeV Page 25

26 FLASH setup Verluste reduzieren Ursache von Verlusten: falsche Optik oder falscher Orbit. Typische Verluste: in BC2, BC3, 17ACC7, TCOL/ECOL, sflash, Undulator. in BC2, BC3 or sflash, ist die Vakuumkammer breit, aber flach, d.h. Verluste typisch vertikal BC2 Verluste - Korrektur mit: V10ACC1, V1UBC2 BC3 Verluste (in 5BC3 oder 11BC3) - Korrektur mit: V10ACC3, V2UBC3 17ACC7 Verluste (15ACC7 Kollimator) - H3DBC3 oder V3DBC3 Achtung auch wenn diese Verluste in FLASH1 keinen Alarm erzeugen kann es zu Alarmen in der FLASH2 Extraktion kommen TCOL/ECOL Verluste (8TCOL ) - Orbit Problem: Steerer 18ACC7 bis 4TCOL (nicht DBC3 Steerer) ECOL - Energie Problem - Gradient in den letzten Modulen ändern Verluste im DUMP nicht nicht vergessen! Page 26

27 Skalieren Zu große Energieschritte vermeiden, besser zwei mal skalieren Bevor man skaliert sollte die Datei optimiert werden und auch lasen. Wellenlänge sollte mit dem FLASH1 Tunnel-Spektrometer gemessen werden Passe fudge-factor an. Wenn beim skalieren der Datei ein Magnet sein Limit erreicht, sollte man schauen ob man dies durch sterren vorher ändern kann. Der Sequencer skaliert die Quadrupole, Dipole und Steerer proportinal zur Energie. Page 27

28 BSA FLASH3 In Abhängigkeit der gewünschten Ladung muss eine passende BSA-Größe gewählt werden bunch charge (pc) Laser2, 6.5 ps Laser1, 4.5 ps BSA (diam, mm) Laser2 Opt. Charge (pc) Laser1 Opt. Charge (pc) ,5 1 1, diameter of the beam on the photo-cathode (mm) Page 28

29 SASE tuning Was ist wichtig beim SASE tunen 1. hoher Spitzenstrom -> Kompression 2. kleine Strahlgröße entlang der gesamten Undulatorstecke -> kleine Emittanz / Matching / Fokussierung 3. Korrektur von Dispersion 4. Überlap im Undulator -> Orbit Page 29

30 Feedbacks Page 30

31 FLASH Forward FLASH3 Typischerweise ist FLASH3 gut aufsetzbar, wenn FLASH2 gut aufgesetzt ist. Panels sind derzeit in der Entwicklung und unterliegen noch stetiger Veränderung Page 31

32 FLASH Forward FLASH3 Alle Ventile müssen offen sein Q18FLFCOMP muss entsprechend der Energie skaliert werden (hier für ca. 700 MeV 34.8A) D3FLDIAG muss kleiner als -150A sein Page 32