نوع مقاله: مقاله فنی

نویسندگان

1 پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 3486-11365، تهران، ایران

2 گروه کاربرد پرتوها، دانشکده‌ی مهندسی هسته‌ای، دانشگاه شهید بهشتی، صندوق پستی: 1983963113، تهران، ایران

3 طرح چشمه نور ایران، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، صندوق پستی: 5746-19395، تهران، ایران

چکیده

افزایش جریان، طول عمر و کیفیت مشخصات دینامیکی باریکه الکترونی ذخیره شده در حلقه انبارش، از اهداف مهم سنکروترون‌­ها هستند. از پدیده‌­های تأثیرگذار بر روی کیفیت باریکه، اثرات ناپایدارکننده‌­­ی طولی و عرضی است که با افزایش جریان بیش‌تر می‌­شود. ناپایداری طولی در کاواک‌­های بسامد رادیویی، به دلیل بزرگ بودن ضریب کیفیت مدهای مرتبه بالاتر آن‌ها بیش‌ترین تأثیر را دارد. در اثر این مدها، یک خوشه الکترونی بر روی خوشه‌­های الکترونی بعدی اثر کرده و دارای برد بلند هستند. ناپایداری‌های‌ طولی باعث افزایش پراکندگی طیف انرژی و از دست رفتن بخشی از جریان و کاهش شدت تابش خروجی می‌­شود. با توجه به جریان 400 میلی­‌آمپری و امیتنس 270 پیکومتری در فاز نهایی راه‌اندازی پروژه، ارزیابی مدهای مرتبه بالاتر و شناسایی مدهایی با بیش‌ترین میزان تأثیرگذاری حایز اهمیت است. مطالعات شبیه‌­سازی صورت گرفته با استفاده از نرم‌افزار CST Studio Suit نشان می‌­دهد که در کاواک بسامد رادیویی 100 مگاهرتز این پروژه، 13 مد تک قطبی تا فرکانس 1500 مگاهرتز وجود دارد. هفت مد خطرناک بوده و دو مد در فرکانس­‌های 67/624 و 55/1432 مگاهرتز و با امپدانس شانت‌­های 8/70 و 115 کیلو اهم، بسیار تأثیرگذار بوده و در همه فازهای راه‌اندازی باید با آن­‌ها مقابله کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Higher order modes of 100 MHz RF cavities and their effect on beam instabilities in the storage ring of Iranian Light Source Facility (ILSF)

نویسندگان [English]

  • S. Ahmadiannamin 1
  • M. Lamehi Rachti 1
  • F. Abbasi Davani 2
  • J. Rahighi 3

1 Physics and Accelerators School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 11365-3486, Tehran – Iran

2 Radiation Application Department, Nuclear Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, P.O. Box: 1983963113, Tehran – Iran

3 Iranian Light Source Facility (ILSF), Institute of research in fundamental Sciences (IPM), P.O. Box: 19395-5746, Tehran – Iran

چکیده [English]

Increasing the current, beam lifetime and, the quality of dynamic properties of the stored electron beam in the storage ring are the important purposes of synchrotrons. One of the phenomena affecting the beam quality is the longitudinal and transverse instabilities that increase as the beam current increases. Longitudinal instability in radiofrequency cavities has the greatest impact due to the high-quality factor of their higher order modes. As a result of these modes, one electron bunch affects the next one and it has a long-range nature. Longitudinal instabilities increase the energy spread and lead to loss of the beam current and reduce the intensity of the output synchrotron radiation. Considering the current and emittance of the Iranian light source which is 400 mA and 270 picometer-radian in the final phase of project, it is important to evaluate the higher order modes and identify the most effective ones. Simulation studies using CST Studio Suit software show that there are 13 monopole modes up to 1500 MHz in the project's 100 MHz radio frequency cavity. Seven modes are dangerous, and two modes at frequencies of 624.67 and 1432.55 MHz, with shunt impedances of 70.8 and 115 kHz, are very effective and must be dealt with in all phases of commissioning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Higher order modes
  • 100 MHz RF cavity
  • Longitudinal instabilities
  • Shunt impedance

1. E.J. Jaeschke, et al, Synchrotron Light Sources and Free Electron Lasers: Accelerator Physics, Instrumentation and Science Applications, 2nd ed, (Springer International Publishing, Switzerland, 2016).

 

2. H. Ghasem, E. Ahmadi, F. Saeidi, In: Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference, Lattice design history of the Iranian Light Source Facility storage ring, (JACoW, Geneva, Switzerland, 2014), 249-251 (2014).

 

3. Kh. Sarhadi, ILSF basic design document, Technical groups, No. ILSF-B-MN-0000-POL-01-01I, (2017), (In Persian).

4. Kh. Sarhadi, ILSF basic design document, Technical groups, No. ILSF-B-RF-00S0-SPC-01-01I, (2017), (In Persian).

 

5. A. Karlsson, G. Kristensson, Microwave Theory, 2nd Ed. (Lund university, Sweden, (2014), KFS I Lund AB, Compendium. (2014).

 

6. T. Moreno, Microwave Transmission Design Data, 1st ed, (Norwood, MA, Artech House, USA, 1989)

 

7. K. Wille, Physics of Particle Accelerators: An Introduction, 1st ed, (Clarendon Press, Oxford, United Kingdom, Oxford University Press, 2001)

 

8. M. Magnuson, L. Johansson, MAX IV Conceptual Design Report (CDR), (2006).

 

9. M.S. Zisman, S Chattopadhyay, J Bisognano, ZAP User’s Manual, Berkeley, USA, University of California, (1986).

 

10. Z.T. Zhao, In: 4th OCPA Accelerator school, (Institute of Applied Physics, Shanghai, 2006), RF systems for electron storage rings.

 

11. V. Jain, U.V. Bhandarkar, et al, Nucl Instrum Meth, Estimation of higher order modes of INDUS-2 RF cavity using combined electromagnetic–thermal structural simulations, 612(2), 225 (2010).

 

12. H. Winick, In: Synchrotron Radiation Sources: A Primer, (WSPC, London, 2004), 334-340 (2004).

 

13. S.Y. Lee, Accelerator Physics, 4rd ed, (WSPC, Indiana, USA, 2018).

 

14. Computer simulation technology, CST microwave studio, Shams systems and technologies, Kingdom of Bahrain, http://sst-mea.com/cstmws.html.

 

15. Comsol, Zoetermeer, Netherlands, https://www.comsol.nl.

 

16. Ansys Hfss, Canonsburg, Pennsylvania,  https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss.

 

17. J.B. Svensson, M.S. Thesis, Characterization of higher order modes in the MAX IV active 100 MHz Cavities, Lund University, (2015).