Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Wirtualny spacer po Centrum SOLARIS

Grafika symbolizująca link do wirtualnego spaceru

Nowa orbita dla elektronów

Nowa orbita dla elektronów

Oszczędności na energii oraz rozwiązanie problemu z korekcją orbity wiązki - to wyniki niedawnej optymalizacji przeprowadzonej w ramach projektu zainicjowanego przez doktora Romana Panasia z działu akceleratorów. Problemy z korekcją wynikały z nieoptymalnego wyznaczenia złotej orbity, polegającej na precyzyjnym określeniu elektrycznych środków monitorów pozycji wiązki. Okazało się, że magnesy korekcyjne ulegały okresowej saturacji, co uniemożliwiało utrzymanie prawidłowej orbity. Optymalizacja orbity wiązki była niezbędna, gdyż pośrednio wpływa ona na jakość i moc światła synchrotronowego. Wypracowanie i wdrożenie nowych algorytmów pozycjonowania wiązki zajęło około 2 miesiące.

Precyzja na synchrotronie

Synchrotrony są dużą, jak nie największą infrastrukturą badawczą. Pomimo swoich rozmiarów i średnic liczonych w dziesiątkach metrów, niezwykle ważna jest precyzja wykonania poszczególnych podzespołów. Tak jak w przypadku rakiety kosmicznej, tak i na synchrotronie dokładność do setnej części milimetra jest kluczowa dla działania całego akceleratora. Dlatego też projekt optymalizacji wiązki synchrotronowej był tak wielkim wyzwaniem. W centrum inicjatywy stanęły magnesy korekcyjne, które bezpośrednio wpływają na zmiany pozycji elektronów w akceleratorze. Orbita, po której krążą elektrony, jest wyznaczana algorytmem i korygowana w osi pionowej i poziomej z dokładnością sięgającą ułamków mikrometrów.

Magnesy korekcyjne ulegały wysyceniu

Pierścień akumulacyjny, w którym krążą elektrony, zbudowany jest z 12 bloków elektromagnesów. Te bloki nazywane są „komórkami” achromatycznymi (ang. Double-Bend Achromat – DBA). Typowa komórka typu DBA składa się z dwóch magnesów zakrzywiających, magnesów ogniskujących oraz magnesów korekcyjnych. To właśnie na tych ostatnich skupił się zespół naukowców pod kierownictwem doktora Romana Panasia, pomysłodawcy projektu.

Magnesy korekcyjne odpowiadają za utrzymanie krążących elektronów na odpowiedniej orbicie. Dotychczas, zdarzało się, że wiele zasilaczy magnesów korekcyjnych dostarczało im prądy równe im prądom maksymalnym, co nazywamy saturacją (sięgającym wartościom 11 A). To prowadziło do zaburzeń w prawidłowym funkcjonowaniu korekcji wiązki. Gdy wiązka nie podległa właściwej korekcji, zaczyna oscylować w niekontrolowany sposób, w efekcie powodując szybsze straty wiązki elektronowej.

Mniejszy pobór mocy i oszczędności

I tutaj wkroczyli nasi specjaliści z działu akceleratorów. Wyznaczono nową orbitę z dokładnością do ułamków mikrometrów. Dzięki nowej orbicie nie dochodzi już do wysycania magnesów korekcyjnych, wszystkie pracują z prądami mniejszymi niż 5 A, a ich całkowity pobór mocy zmalał pięciokrotnie prowadząc do dodatkowych oszczędności, na poziomie 372 kWh energii miesięcznie.

Dr Roman Panaś wyjaśnia szczegóły projektu: „Idea programu bazowała na pomiarze odpowiedzi magnesów korekcyjnych po zmianie elektrycznych położeń środków monitorów pozycji wiązki i wpływie tej zmiany na pozycję i oscylacje wiązki elektronów. Rezultatem użytej metody była minimalizacja natężenia prądów zasilających magnesy korekcyjne przy jednoczesnym zachowaniu stabilnej orbity oraz innych kluczowych parametrów wiązki elektronowej, t.j. emitancja, dostrojenie, chromatyczność, etc."

Czas wyłączenia synchrotronu i prowadzonych prac budowlanych związanych z rozbudową hali eksperymentalnej pozwala nam na przeprowadzenie prac konserwacyjnych, jak i wprowadzanie usprawnień w funkcjonowaniu akceleratorów.

Dr Roman Panas, photo by Piotr Andryszczak

Na zdjęciu dr Roman Panaś (Photo by Piotr Andryszczak)

Polecamy również
Dwie naukowczynie z SOLARIS laureatkami grantu MINIATURA 6
Dwie naukowczynie z SOLARIS laureatkami grantu MINIATURA 6
Prof. Marcin Nowotny laureatem nagrody FNP
Prof. Marcin Nowotny laureatem nagrody FNP
Spotkanie plenarne LEAPS 2022
Spotkanie plenarne LEAPS 2022
Kolejna edycja Małopolskiej Nocy Naukowców już za nami!
Kolejna edycja Małopolskiej Nocy Naukowców już za nami!