Monitores de posición del haz y control de la órbita

Los monitores de posición de haz (BPMs) proporcionan una medición de la posición transversal del haz. ALBA utiliza pasamuros de tipo button para todos los bloques BPM, tanto en la cadena de inyección como en el anillo de almacenamiento. Las características de la señal captada por los botones dependen principalmente de la corriente del haz, del patrón de llenado y de la geometría tanto de los BPMs como de los propios botones.

El procesamiento de la señal de los BPMs se realiza mediante electrónica dedicada (Libera Brilliance). Esta electrónica proporciona datos de posición a frecuencias diferentes que las utilizadas para los estudios de la máquina, el sistema de protección de la máquina, el análisis post-mortem y el control de órbita. El control de la órbita del haz es la función principal de los monitores de posición de haz.

El objetivo principal del loop de control se realiza con el sistema de retroalimentación rápida de órbita (Fast Orbit Feedback o FOFB). Esta retroalimentación comienza leyendo la posición del haz proporcionada por los BPMs y calcula la corriente que los imanes correctores deben suministrar al haz para alcanzar la órbita ideal. El sistema vuelve a leer la posición del haz y el loop comienza de nuevo. Este proceso se realiza a una frecuencia de 5 kHz (2000 veces por segundo), lo que mantiene la posición del haz dentro de +/−(50, 30) nm. En la imagen se muestra un ejemplo de corrección de ruido durante la prueba del FOFB, con una comparación de la posición del haz con el FOFB activado/desactivado y mientras un dispositivo de inserción (ID) mueve su apertura.

Monitores de corriente del haz

Tanto el anillo propulsor como el anillo de almacenamiento están equipados con un transformador de corriente rápido (FCT, por sus siglas en inglés) y un transformador de corriente continua (DCCT). El FCT es un transformador de corriente no interceptivo que mide la intensidad del haz a partir del flujo magnético inducido en un núcleo toroidal (bobina) por un devanado primario (el haz de electrones). Sin embargo, su ancho de banda útil de medida está limitado al intervalo entre 1,5 kHz y 2 GHz. Por esta razón, se utiliza un DCCT, que es capaz de medir señales hasta el nivel de corriente continua (DC) mediante retroalimentación activa, con una resolución RMS de 5 μA. La combinación de estos dos transformadores de corriente nos proporciona tanto la corriente total del haz como la distribución longitudinal del mismo.

La imagen muestra la distribución del haz de electrones a lo largo de un tiempo de una vuelta en el acelerador de ALBA (896 ns). El haz está compuesto por 440 paquetes de electrones (bunches) espaciados cada 2 ns, y la diferencia en la corriente de cada paquete se debe a la eficiencia irregular a lo largo de la cadena de inyección.

Monitores de radiación de sincrotrón

Se obtiene una imagen del haz de electrones utilizando la luz visible producida cuando el haz atraviesa un dipolo de curvatura. En el propulsor, esto se realiza mediante los monitores de radiación de sincrotrón. La radiación sale de la cámara de vacío a través de una ventana de zafiro, y la parte visible se selecciona mediante un espejo de silicio ubicado a presión atmosférica. Una lente telefoto enfoca la luz sobre la cámara CCD.

La imagen muestra las imágenes del haz de electrones en distintos momentos durante la rampa del acelerador propulsor, lo cual se consigue retrasando el disparo de la cámara. Las escalas horizontal y vertical de cada imagen están en milímetros.

Cámara estenopeica de rayos X

En el anillo de almacenamiento, el tamaño del haz es tan pequeño que la obtención de imágenes mediante luz visible (como en el propulsor) está limitada por la difracción, por lo que debe utilizarse otro sistema: la cámara estenopeica de rayos X. En este sistema bien conocido, la luz procedente de una escena pasa a través de una pequeña apertura (pinhole) y proyecta una imagen invertida de la escena en el plano de imagen del sistema.

En ALBA, la cámara estenopeica selecciona la parte de rayos X duros (alrededor de 45 keV) de la radiación de sincrotrón con el fin de obtener una imagen transversal del haz de electrones y medir su tamaño, a partir del cual se infiere la emitancia del haz. ALBA está equipada con dos cámaras estenopeicas de rayos X, ambas proporcionando imágenes del haz similares.

La imagen que se muestra aquí es una fotografía del haz de electrones transversal obtenida mediante la cámara estenopeica de rayos X en FE21, y las líneas de contorno corresponden al ajuste bidimensional realizado para obtener los tamaños del haz y el ángulo de inclinación.