Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos! |
 |
Esquerra: cavitat de 3r harmònic instal·lada a l'anell d'emmagatzematge de BESSY II. Dreta: prototip de la cavitat en el laboratori d'ALBA amb part de l'equip de RF el 2021.
Cerdanyola del Vallès, 29 de juny 2023 Els sistemes de radiofreqüència (RF) són els responsables de l'acceleració dels electrons en l'anell de propulsió i l'anell d'emmagatzematge. Ho fan amb camps electromagnètics. A l'anell de propulsió, l'energia dels electrons augmenta de 100 MeV a 3 GeV. A l'anell d'emmagatzematge, els sistemes de RF s'encarreguen de retornar als electrons l'energia que perden degut a l'emissió de la llum de sincrotró.
Els camps electromagnètics es generen mitjançant amplificadors de potència RF i es confinen dins unes peces de coure buides: les cavitats de radiofreqüència. Les cavitats 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.
Actualment les cavitats RF d’ALBA oscil·len a una freqüència de 500 MHz, és a dir, la direcció del camp elèctric que generen canvia 500 milions de vegades per segon. Ara, la idea és afegir un nou sistema de 3r harmònic on la freqüència d’oscil·lació serà tres vegades més gran (d’aquí el nom de tercer harmònic). Les cavitats oscil·laran a 1,5 GHz: 1.500 milions de vegades per segon!
Tot i que els dos sistemes són semblants, la finalitat de cada un és molt diferent. Mentre les primeres cavitats seguiran servint per recuperar l’energia que perden els electrons en emetre la llum de sincrotró; les noves serviran per allargar el feix. En concret, amb aquest canvi de freqüència s’aconsegueix augmentar la mida del paquet d’electrons de forma longitudinal. En tenir més espai, disminueix la densitat d’electrons dins el paquet, de manera que també es redueixen el nombre de xocs entre ells, fet que es tradueix en un major temps de vida dels electrons dins l’accelerador i una major estabilitat del feix.
Per aconseguir-ho, el grup de RF d’ALBA ha dissenyat i construït un prototip d’una cavitat RF de 3r harmònic. També s’ha establert una col·laboració amb els sincrotrons alemanys BESSY II (HZB) i DESY, on cada centre ha aportat diversos dels components totals del sistema RF de 3r harmònic per a provar el sistema complert amb feix real.
Durant el 2021, el prototip de la cavitat, així com el sistema de radiofreqüència de baix nivell (LLRF en anglès), van passar amb èxit els primers testos. L’estiu passat del 2022, la cavitat va ser instal·lada a l’anell d’emmagatzematge de BESSY II a Berlín per a ser provada ja en un accelerador en condicions reals amb feix d’electrons. Els primers resultats han demostrat el bon funcionament de la cavitat i han aconseguit augmentar el temps de vida del feix emmagatzemat fins a un factor 3.
L’interès dels tres sincrotrons és comú i motivat pel procés de renovació a sincrotrons de 4a generació: els nous BESSY III i MLS II al HZB, PETRA IV a DESY i ALBA II, en el cas d’ALBA.
El pla actual d’ALBA és instal·lar el sistema del 3r harmònic a l’anell d’emmagatzematge el 2026. D’aquesta manera es podran començar les proves molt abans de l’aturada per a construir ALBA II. L’objectiu final és tenir 10 cavitats instal·lades a l’anell d’emmagatzematge: 6 fonamentals (les actuals de 500 MHz) i les 4 noves de 3r harmònic.
El temps de vida del feix d’electrons en un accelerador és clau per al rendiment d'una font de llum de sincrotró, ja que redueix les pèrdues de feix i la freqüència de les injeccions. Per a ALBA II l'objectiu és tenir una vida útil de diverses hores operant a un corrent de 300 mA. Atès que la vida útil és proporcional a la longitud del paquet d’electrons, augmentar aquesta longitud amb un sistema de 3r harmònic es converteix en la solució òptima.
La construcció del prototip està cofinançada pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER) en el marc del Programa Operatiu Plurirregional d'Espanya (anterior Creixement Intel·ligent) 2014-2020.
Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-21-17088.
