Uma nova técnica para detecção de danos por radiação em onduladores de magnetos permanentes de abertura variável baseada em medições magnéticas locais

Orientador: José Antenor PomilioTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Desde os anos 70, aceleradores de partículas do tipo "anel de armazenamento" e "laser de elétrons livres'" utilizam complexos arranjos magnéticos denominados onduladores como fonte de intensa radiação eletromagnética. Tais dispositivos criam um campo magnético com polaridades alternadas, forçando feixes de elétrons relativísticos a ondular e produzir fótons de alto brilho. Os sistemas de onduladores atualmente em operação são, em sua maioria, feitos com magnetos permanentes. A desmagnetização de magnetos permanentes devido à exposição à radiação causa redução do campo magnético, o que afeta o desempenho do ondulador. Em alguns casos, é necessário remover o ondulador da instalação para inspeção e reparos em um laboratório de medições magnéticas, o que é caro e consome tempo. Além disso, a alta densidade de equipamentos nas proximidades dos onduladores em operação torna difícil a instalação de estágios para movimentar sensores de medição de campo magnético da mesma forma que um laboratório dedicado o faz. Técnicas baseadas na medição das características do feixe de fótons têm sido aplicadas para avaliar a qualidade do campo magnético de onduladores sem removê-los das instalações. Apesar de promissora, a precisão dessas técnicas é limitada às incertezas de energia dos elétrons e ângulo de observação. Ademais, é necessário o acesso irrestrito aos sistemas de controle e aquisição de dados. Esta tese apresenta a proposta, o desenvolvimento e os primeiros testes de uma nova técnica de detecção de danos por radiação baseada em medições locais de campo magnético. Através da variação da abertura do ondulador, o sistema proposto mede a variação de fluxo magnético através da tensão induzida em uma bobina flexível de circuito impresso posicionada sobre o conjunto inferior de magnetos. A redução do fluxo magnético será proporcional aos danos provocados nos magnetos, assumindo que a abertura do ondulador sempre varia de forma constante. Os testes foram realizados em um ondulador de magnetos permanentes híbrido de abertura variável que será utilizado no novo Linear Coherent Light Source (LCLS-II). O sistema detecta mudanças no campo de polos individuais na ordem de 3 mT. Medições ininterruptas realizadas durante oito dias demonstraram um erro relativo de aproximadamente 70 ppm para um sinal de alguns décimos de Volt-segundos. Para testar os voltímetros utilizados para medir variação de fluxo magnético, foi desenvolvido um circuito de verificação de alta precisão que gera pulsos com estabilidade melhor do que 50 ppm relativos à amplitude do sinal integrado de referência medido com a bobina. O circuito combina elementos de comutação rápida e precisa com tensões de referência de baixo ruído. Testes de reprodutibilidade confirmaram que o sinal de saída é invariante sob pequenas variações da fonte de alimentação e desligamento. Apesar de preliminares, os resultados são encorajadores: O novo sistema de detecção de danos por radiação estabelece as bases para desenvolvimentos futuros relacionados a sensores magnéticos para monitorar a qualidade de campo dos onduladores sem removê-los da instalação. Além disso, instrumentos e aplicações destinadas a medir campo magnético através de sinais integrados podem utilizar o mesmo sistema de verificação proposto para propósitos de testeAbstract: Since the 1970s, storage rings (SR) and free-electron lasers (FEL) facilities use complex magnetic structures named undulators as a source of intense electromagnetic radiation. Such devices produce high brightness beams of photons by bending high-energy electrons back and forth through alternating polarity magnetic fields. Most of the undulator systems currently installed in SR and FEL facilities worldwide are permanent magnet-based. The demagnetization of permanent magnet materials due to radiation exposure causes loss of field strength, which disturbs the undulator's performance. In some cases, it is necessary to remove the undulator from the facility for inspection and repair it in a magnetic measurement laboratory, which is costly and time-consuming. Also, the dense pack of components near the undulator makes it challenging to set stages to move probes around for magnetic measurements as a specialized laboratory does. Techniques based upon measuring the photon beam characteristics have been used to evaluate undulators' magnetic field quality without removing them from the undulator hall. Although promising, the precision of these techniques is limited to the uncertainties of electron beam energy and observation angle. Besides, full access to the control and data acquisition systems is required. This thesis presents the proposal, the development, and the first tests of a new technique for diagnosing radiation damage based on in situ magnetic measurements. The proposed system measures the magnetic flux change in a flexible printed-circuit coil attached to the lower undulator magnet array by periodically opening and closing of the undulator gap and by measuring the induced voltage. The magnetic flux change will decrease proportionally to the magnet block damage, assuming that the gap always changes by the same amount. The tests were performed on variable-gap permanent-magnet hybrid undulators for the new Linear Coherent Light Source (LCLS-II). The system proved to be capable of detecting local pole field changes on the order of 3 mT. Long-term uninterrupted measurements performed during eight days showed an error of approximately 70 ppm relative to a signal of a few tenths of Volt-second. To test the voltmeter's, we developed a high-precision verification circuit capable of generating a reference voltage pulse with voltage-time integral stability better than 50 ppm relative to the reference integrated signal strength of the flexible coil. The circuit's design combines a fast and precise switch with a low-noise voltage reference. Reproducibility tests confirmed that the circuit's output is invariable under small power supply instabilities and equipment shutdown. Although preliminary, the results are encouraging: The novel radiation damage detection system lays the groundwork for future development into magnetic measurements-based sensors dedicated to monitoring undulators' field quality without removing the segments from the tunnel. Additionally, instruments and applications designed to quantify the magnetic field by integrating induced voltage signals may use the same proposed verification system for testing purposesDoutoradoEnergia ElétricaDoutor em Engenharia Elétrica140989/2015-388881.134183/2016-1CNPQCAPE

Superconducting undulator activities at the European X-ray Free-Electron Laser Facility

For more than 5 years, superconducting undulators (SCUs) have been successfully delivering X-rays in storage rings. The European X-Ray Free-Electron Laser Facility (XFEL) plans to demonstrate the operation of SCUs in X-ray free-electron lasers (FELs). For the same geometry, SCUs can reach a higher peak field on the axis with respect to all other available technologies, offering a larger photon energy tunability range. The application of short-period SCUs in a high electron beam energy FEL > 11 GeV will enable lasing at very hard X-rays > 40 keV. The large tunability range of SCUs will allow covering the complete photon energy range of the soft X-ray experiments at the European XFEL without changing electron beam energy, as currently needed with the installed permanent magnet undulators. For a possible continuous-wave (CW) upgrade under discussion at the European XFEL with a lower electron beam energy of approximately 7–8 GeV, SCUs can provide the same photon energy range as available at present with the permanent magnet undulators and electron energies. This paper will describe the potential of SCUs for X-ray FELs. In particular, it will focus on the different activities ongoing at the European XFEL and in collaboration with DESY to allow the implementation of SCUs in the European XFEL in the upcoming years

De fungo medullari nonnulla : dissertatio inauguralis

quam consensu et auctoritate gratiosi medicorum ordinis in alma universitate litteraria Turicensi ut summi in medicina, chirurgia et arte obstetricia honores rite sibi concedantur die XXVII Decembris anni MDCCCXXXIV publice defensurus est Joannes Jacobus Baader Helveto-GelterkindensisDissertation Universität Zürich 183

Improvement of rotating coil system for magnetic measurement of the new brazilian synchrotron light source Sirius

Orientadores: José Antenor Pomilio, Giancarlo TosinDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Desde 1997 o Brasil tem acesso à tecnologia de radiação síncrotron com a inauguração do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), localizado na cidade de Campinas, SP. Batizada de UVX, a fonte de luz síncrotron brasileira foi um marco no desenvolvimento científico e tecnológico do país, permitindo pesquisas nas mais diversas áreas do conhecimento, como nanotecnologia, biotecnologia, fármacos, agricultura, energias alternativas, dentre outros. Em 2009 o LNLS iniciou o projeto e a construção de uma nova fonte de luz síncrotron brasileira. Nomeada Sirius, está sendo desenvolvida para ser uma das mais avançadas do mundo na geração de luz síncroton. O alto desempenho deste tipo de máquina depende fortemente da qualidade dos campos magnéticos criados pelos inúmeros magnetos que compõem a rede magnética, o que exigem uma técnica de caracterização rápida, acurada e precisa. O Grupo de Magnetos, responsável pelo projeto, construção e caracterização dos magnetos tanto da fonte UVX como da nova fonte, utiliza um sistema de medição conhecido como Técnica de Bobina Girante. Devido às especificações do projeto Sirius, foi necessário o aprimoramento da bancada de caracterização, objetivo este consolidado principalmente através da análise minuciosa das principais fontes de erro do sistema. Um modelo numérico desenvolvido para estudar algumas classes de erros da técnica deu suporte para diversas correções na bancada, o que permitiu alcançar níveis de precisão comparáveis com os sistemas de caracterização de outros laboratórios. Paralelamente, foi construída a bancada de um sistema protótipo de medição magnético, nomeado Técnica de Minibobina Girante, apresentando uma série de vantagens em relação às limitações da bancada oficial. Algumas das melhorias realizadas nesta bancada durante o seu desenvolvimento foram baseadas nos resultados advindos do modelo numérico das fontes de errosAbstract: Since 1997 Brazil has access to synchrotron radiation technology with the inauguration of the Brazilian Synchrotron Light Source (LNLS), located in Campinas, Brazil. The source of Brazilian synchrotron light known as UVX was a milestone in scientific and technological development of the country, enabling research in several areas of knowledge such as nanotechnology, biotechnology, pharmaceuticals, agriculture, alternative energy etc. In 2009 LNLS initiated the project and the construction of a new source of Brazilian synchrotron light, named Sirius. It is being developed to be one of the most advanced in the world in the generation of synchrotron light. The high performance of this type of machine depends strongly on the quality of the magnetic fields created by magnets that compose the lattice, which demand a fast, accurate and precise characterization technique. The Magnets Group, responsible for the design, construction and characterization of both the magnetic UVX sources as new sources, uses a measuring system known as Rotating Coil System. Due to the specifications of the Sirius design, an improved characterization bench was necessary. This goal was achieved mainly through a careful analysis of the main sources of error in the system. A numerical model to study some classes of errors in the technique provided support for various fixes in the bench, which allowed us to achieve comparable levels of accuracy along with the characteristics of the systems from other laboratories. At the same time, another bench was built as a prototype system for magnetic measurements known as Small Rotating Coil System, presenting a series of advantages over the constraints of the main bench. Some of the improvements made on this bench during its development were based on the results derived from the numerical model of error sourcesMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia Elétric

Beschreibung eines neu erfundenen Gebläses

BESCHREIBUNG EINES NEU ERFUNDENEN GEBLÄSES Beschreibung eines neu erfundenen Gebläses ([1]r) Einband ( - ) Exlibris: "Aus der Bibliothek Joh. Wolfgang v. Goethe’s." ( - ) Titelseite ([1]r) Widmung ([1]) Vorwort ([3]) § 1 - § 10 (17) § 11 - § 21 (27) I. Tafel (Igef) II. Tafel (IIgef) Tafel III. (IIIgef) Tafel IV. (IVgef) Tafel V. (Vgef

Complementary analyses of hollow cylindrical unioriented permanent magnet (HCM) with high permeability external layer

In this article, several studies based on analytical expressions and computational simulations on Hollow Cylindrical Magnets with an external soft ferromagnetic material (HCM magnets) are presented. Electromagnetic configurations, as well as permanent-magnet-based structures, are studied in terms of magnetic field strength and homogeneity. Permanent-magnet-based structures are further analyzed in terms of the anisotropy of the magnetic permeability. It was found that the HCM magnets produce a highly homogeneous magnetic field as long as the magnetic material is isotropic. The dependency of the magnetic field strength and homogeneity in terms of the anisotropy of the magnetic permeability is also explored here. These magnets can potentially be used in medium-resolution NMR spectrometers and high-field NMR spectrometers.2837988CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP161555/2015-2; 140989/2015-32014/22126-9; 2017/12864-

Towards a Superconducting Undulator Afterburner for the European XFEL

We propose to develop, characterize and operate a superconducting undulator (SCU) afterburner consisting of 5 undulator modules (1 module = 2 times SCU coil of 2 m length and 1 phase shifter) at the SASE2 hard X-ray beamline of European XFEL. This afterburner has the potential to produce an output of more than 10¹⁰ ph/pulse at photon energies above 30 keV. The project is divided into the production of a pre-series prototype module and a small-series production of 5 modules. Central goals of this R activity are: the demonstration of the functionality of SCUs at an X-ray FEL, the set up of the needed infrastructure to characterize and operate SCUs, the industrialization of such undulators, and the reduction of the price per module. In this contribution, the main parameters and specifications of the pre-series prototype module (S-PRESSO) are described