Sincrotró ALBA
Els sistemes de radiofreqüència (RF) del Sincrotró ALBA són els responsables de l'acceleració dels electrons en l'anell de propulsió i l'anell d'emmagatzematge.
Les cavitats de radiofreqüència són cavitats metàl·liques que contenen un camp electromagnètic. Aquests camps electromagnètics són els que acceleren els electrons.
A l'anell de propulsió, l'energia dels electrons augmenta de 100MeV a 3GeV. A l'anell d'emmagatzematge, els sistemes de RF s'encarreguen de retornar als electrons l'energia que perden degut a l'emissió de radiació sincrotró (1.1 MeV per volta com a màxim per un corrent de 400 mA).
Els camps electromagnètics es generen mitjançant amplificadors de potència RF. Les cavitats RF tenen una grandària i una forma específica que fa que el camp electromagnètic ressoni en el seu interior. Els electrons travessen les cavitats de radiofreqüència i s'acceleren sota l'efecte del camp electromagnètic.
Els diferents elements que es poden trobar en una planta de RF són: els generadors de RF d'alta potència (IOT), el CaCo (mesclador de potència), el Circulador, el Sistema de Guia d'ones, la Cavitat i el sistema de control digital a baixa potència.
Els paràmetres principals del sistema de RF de l'anell de propulsió i l'anell d'emmagatzematge del Sincrotró ALBA són:
Anell propulsor | Anell d'emmagatzematge | |
---|---|---|
Freqüència de ressonància | 499.654 MHz | 499.654 MHz |
Nombre de cavitats | 1 | 6 |
Voltatge RF per cavitat | 1000 kV | 600 kV |
Energia perduda pels electrons en una volta | 627 keV/turn | 1.1 MeV/turn |
Potència RF cavitat | 25 kW | 90 kW |
Potència dels generadors RF d'alta potència | SSPA: 1 x 50 kW | IOT: 2 x 80 kW |
Freqüència sincrotró | 9.4 – 13.7 kHz | 1.5 - 9.5 kHz |
Factor sobretensió - q | 2.7 | |
Corrent màxim que es pot accelerar | 4 mA | 400 mA |

Amplificador de RF: IOT
IOT són les sigles de "Inductive Output Tube" o tub de sortida inductiva. L'IOT és un amplificador d'alta potència i alta freqüència. Augmenta la baixa potència provinent del sistema de control fins a un factor 1E6. L'IOT 4444-C de L3 s'utilitza a l'anell d'emmagatzematge i pot proporcionar fins a 80 kW de potència de RF.

Amplificador de RF: SSPA
SSPA significa "amplificador de potència d'estat sòlid". Com l'IOT, l'SSPA s'utilitza com a amplificador de RF. En lloc de fer servir un tub de buit per a l'amplificació, l'SSPA es basa en transistors. Atès que cada transistor només és capaç de lliurar centenars de Watts, per aconseguir el rang de kW s'utilitzen diverses unitats, fins a 100, i la potència es combina dins de l'SSPA per arribar a 50 kW.

CaCo: mesclador de cavitat
Cada cavitat de l'anell d'emmagatzematge està alimentada per dos IOTs. La potència de sortida dels dos IOTs es suma en el que anomenem mesclador de potència, CaCo. Es tracta d'un disseny realitzat al Sincrotró ALBA, més compacte en comparació als mescladors híbrids tradicionals.

Circulador
El resultat del mesclador de potència (CaCo) s'envia al circulador, un dispositiu de tres ports que serveix per protegir els generadors de RF. El circulador està format per bobines i ferrites, organitzades de tal manera que provoquen que qualsevol potència de RF sortint del CaCo (port 1) es transmet a la cavitat (port 2); i, si hi hagués potència reflexada a la cavitat, aquesta aniria a la càrrega (port 3). Per disseny del circulador, la potencia reflexada a la cavitat no tornarà mai enrera cap al CaCo. Amb aquest dispositiu passiu es protegeixen els IOTs.

Guies d'ona i watrax
La potència de RF es transporta dels IOTs a la cavitat a través de guies d'ones estàndards WR1800. Al Sincrotró ALBA s'ha dissenyat una transició especial, que anomenem WATRAX (waveguide to coaxial transition) per transmetre la potència RF de la guia d'ona a la cavitat de radiofreqüència.
Cavitat de l'anell d'emmagatzematge: DAMPY
Les cavitats DAMPY són cavitats de radiofreqüència que funcionen a temperatura ambient i han estat dissenyades per no tenir HOM (modes ressonants d'ordre superior al fonamental) dissenyades a HZB (Berlin, Alemanya) seguint un disseny europeu. Els paràmetres principals són:
TipUS | Single cell |
---|---|
Freqüència de ressonància | 500 MHz ± 1 |
Llargada d'inserció | 0.5 m |
Impedància desviada | > 3.1 MΩ |
HOMs Longitudinals | < 2 MΩ·MHz |
HOMs Transversals | < 60 kΩ/m |
Acoblador de potència entrant | > 150 kW |
Capacitat de refredament | > 80 kW |
Voltatge màxim | 700 kV |
Cavitat de l'anell propulsor
La cavitat de l'anell propulsor és una cavitat de 5 cel·les dissenyada a DESY (Hamburg, Alemanya) i els seus paràmetres principals són:
TipUS | 5-cell |
---|---|
Freqüència de ressonància | 500 MHz ± 3 |
Llargada d'inserció | 1.65 m |
Impedància desviada | 15 MΩ |
Acoblador de potència entrant | 75 kW |
Voltatge màxim | 1000 kV |
Sistema digital de control a baixa potència
La tasca principal del sistema digital de control de baixa potència és la de controlar el voltatge de la RF de la cavitat, mantenint la fase i l'amplitud constants respecte al feix d'electrons. Per fer-ho s'utilitzen targes digitals amb processadors digitals i molt ràpids com ara ADCs, DACs i FPGAs. També manté constant la freqüència de ressonància de la cavitat utilitzant un sintonitzador a la cavitat, que per exemple, compensa qualsevol desviació tèrmica.
Els paràmetres principals d'aquest sistema són:
Targes Digitals | SAFRAN:
|
Basats en la tècnica de IQ Modulació/demodulació | |
Resolució en la mesura de l'amplitud | < 0.05% peak to peak |
Resolució en la mesura de la fase | < 0.1º peak to peak |
Amplada de banda | > 10 kHz |
Rang dinàmic | > 30 dB |
Extres |
|