Sincrotrón ALBA
Los sistemas de radiofrecuencia (RF) del Sincrotrón ALBA son los responsables de la aceleración de los electrones en el anillo de propulsión y el anillo de almacenamiento.
Las cavidades de radiofrecuencia son cavidades metálicas que contienen un campo electromagnético. Estos campos electromagnéticos son los que aceleran los electrones.
En el anillo de propulsión, la energía de los electrones aumenta de 100 MeV a 3 GeV. En el de almacenamiento, los sistemas de RF se encargan de devolver a los electrones la energía que pierden debido a la radiación sincrotrón (1.1 MeV por vuelta como máximo para una corriente de 400 mA).
Los campos electromagnéticos se generan mediante amplificadores de potencia RF. Las cavidades RF tienen un tamaño y una forma específica que hace que el campo electromagnético resuene en su interior. Los electrones atraviesan las cavidades de radiofrecuencia y se aceleran bajo el efecto del campo electromagnético.
Los diferentes elementos que se pueden encontrar en una planta de RF son: los generadores de RF de alta potencia (IOT), el CaCo (mezclador de potencia), el Circulador, el Sistema de Guía de ondas, la Cavidad y el sistema de control digital a baja potencia.
Los parámetros principales del sistema de RF del anillo de propulsión y el anillo de almacenamiento del Sincrotrón ALBA son:
ANILLO PROPULSOR | ANILLO DE ALMACENAMIENTO | |
|---|---|---|
Frecuencia de resonancia | 499.654 MHz | 499.654 MHz |
Número de cavidades | 1 | 6 |
Voltaje RF por cavidad | 1000 kV | 600 kV |
Energía perdida por los electrones en una vuelta | 627 keV/turn | 1.1 MeV/turn |
Potencia RF cavidad | 25 kW | 90 kW |
Potencia de los generadores de RF de alta potencia | SSPA: 1 x 50 kW | IOT: 2 x 80 kW |
Frecuencia sincrotrón | 9.4 – 13.7 kHz | 1.5 - 9.5 kHz |
Factor sobretensión - q | 2.7 | |
Corriente máxima que se puede acelerar | 4 mA | 400 mA |
Amplificador de RF: IOT
IOT son las siglas de "Inductive Output Tube" o tubo de salida inductiva. El IOT es un amplificador de alta potencia y de alta frecuencia. Aumenta la baja potencia proveniente del sistema de control hasta un factor de 1E6. El IOT 4444-C de L3 se utiliza en el anillo de almacenamiento y puede proporcionar hasta 80 kW de potencia de RF.
Amplificador de RF: SSPA
SSPA significa "amplificador de potencia de estado sólido". Al igual que el IOT, el SSPA se utiliza como amplificador de RF. En lugar de utilizar un tubo de vacío para la amplificación, el SSPA se basa en transistores. Dado que cada transistor sólo es capaz de entregar cientos de Watts, para alcanzar el rango de kW se utilizan varias unidades, hasta 100, y la potencia se combina dentro del SSPA para llegar a 50 kW.
CaCo: mezclador de potencia
Cada cavidad del anillo de almacenamiento está alimentada por dos IOTs. La potencia de salida de los dos IOTs se suma a lo que llamamos mezclador de potencia, CaCo. Se trata de un diseño realizado en el Sincrotrón ALBA, más compacto en comparación con los mezcladores híbridos tradicionales.
Circulador
El resultado del mezclador de potencia (CaCo) se envía al circulador, un dispositivo de tres puertos que sirve para proteger los generadores de RF. El circulador está formado por bobinas y ferritas, organizadas de tal manera que provocan que cualquier potencia de RF saliendo del CaCo (puerto 1), se transmita a la cavidad (puerta 2); y si hubiera potencia reflejada en la cavidad, ésta iría a la carga (puerto 3). Debido al diseño del circulador, la potencia reflejada en la cavidad to volverá nunca atrás hacia el CaCo. Con este dispositivo pasivo se protegen los IOTs.
Guías de onda y watrax
La potencia de RF se transporta de los IOTs a la cavidad a través de guías de ondas estándares WR1800. En el Sincrotrón ALBA se ha diseñado una transición especial, que llamamos WATRAX (waveguide to coaxial transition) para transmitir la potencia RF de la guía de onda a la cavidad de radiofrecuencia.
Cavidad del anillo de almacenamiento: DAMPY
Las cavidades Dampy son cavidades de radiofrecuencia que funcionan a temperatura ambiente y han sido diseñadas para no tener HOM (modos resonantes de orden superior al fundamental) en HZB (Berlin, Alemania) siguiendo un diseño europeo. Los parámetros principales son:
Tipo | Single cell |
|---|---|
Frecuencia de resonancia | 500 MHz ± 1 |
Largada de inserción | 0.5 m |
Impedancia desviada | > 3.1 MΩ |
HOMs Longitudinales | < 2 MΩ·MHz |
HOMs Transversales | < 60 kΩ/m |
Acoplador de potencia entrante | > 150 kW |
Capacidad de enfriamiento | > 80 kW |
Voltaje máximo | 700 kV |
Cavidad del anillo propulsor
La cavidad del anillo propulsor es una cavidad de 5 válvulas diseñada en Desy (Hamburgo, Alemania) y sus parámetros principales son:
Tipo | 5-cell |
|---|---|
Frecuencia de resonancia | 500 MHz ± 3 |
Largada de inserción | 1.65 m |
Impedancia desviada | 15 MΩ |
Acoplador de potencia entrante | 75 kW |
Voltaje máximo | 1000 kV |
Sistema digital de control a baja potencia
La tarea principal del sistema digital de control de baja potencia es la de controlar el voltaje de la RF de la cavidad, manteniendo la fase y la amplitud constante respecto al haz de electrones. Para hacerlo se utilizan paneles digitales con procesadores muy rápidos como los ADCs, DACs i FPGA. También mantiene constante la frecuencia de resonancia de la cavidad utilizando un sintonizador en la cavidad que, por ejemplo, compensa cualquier desviación térmica.
Los parámetros principales de este sistema son:
Paneles Digitales | SAFRAN:
|
Basados en la técnica de IQ Modulación/demodulación | |
Resolución en la medida de la amplitud | < 0.05% peak to peak |
Resolución en la medida de la fase | < 0.1º peak to peak |
Ancho de banda | > 10 kHz |
Rango dinámico | > 30 dB |
Extras |
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