Contribution à la métrologie magnétique des multipôles d'accélérateurs : les quadrupôles du Synchroton SOLEIL

Contribution to the magnetic metrology of accelerators multipoles magnets : synchrotron SOLEIL storage ring quadrupoles

• Auteur / Autrice : Arnaud Madur
• Direction : Alain Mailfert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 26/10/2006
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM-IJL - Laboratoire d'Electrochimie des Matériaux / Institut Jean Lamour - UMR 7198
• Jury : Président / Présidente : Denis Raoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Mailfert, Louis Walckiers, Laurent Farvacque, Patrick Puzo, Bernard Multon, Amor Nadji, François-Michel Sargos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Louis Walckiers, Laurent Farvacque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures magnétiques

Quadrupôles

Rayonnement synchrotron

Accélérateurs de particules

Mots clés libres

Métrologie magnétique

Bobines tournantes

Quadrupôles d'accélérateur

Méthode d'alignement sur le faisceau

Magnetic metrology

Rotating coils

Accelerator quadrupoles

Beam-based alignment method

Résumé

Dans les accélérateurs de particules de type synchrotron tels que SOLEIL, le faisceau de particules doit répondre à des critères toujours plus exigeants afin d’améliorer les propriétés du rayonnement synchrotron émis. Le comportement du faisceau d’électrons dépend notamment des aimants multipolaires de l’anneau de stockage du synchrotron. Parmi eux, les quadrupôles, qui produisent une induction magnétique quadrupolaire, ont un rôle capital dans la focalisation des particules du faisceau. Certains défauts de fabrication peuvent introduire des décalages dans la position de leur axe magnétique et dans l’orientation transverse de l’induction magnétique, ce qui détériore la qualité de champ. Il est donc nécessaire de quantifier ces défauts et de les corriger. Pour cela, des mesures magnétiques sont mises en œuvre. Le premier chapitre de ce mémoire s’attache principalement à expliciter les tolérances imposées aux quadrupôles de l’anneau de stockage du synchrotron SOLEIL. Dans le second chapitre, les outils théoriques permettant de mettre en œuvre la méthode des bobines tournantes sont présentés. Une modélisation est proposée afin de prévoir les conséquences des défauts des bobines tournantes sur les harmoniques de l’induction magnétique. Une méthode de détection des défauts du banc de mesures est également présentée. Le troisième chapitre est dévolu aux résultats expérimentaux obtenus lors de la mesure des aimants multipolaires (quadrupôles) de l’anneau de stockage de SOLEIL. Dans un dernier chapitre, l’alignement basé sur le faisceau (BBA) des quadrupôles et des sextupôles dans l’anneau de stockage est abordé. Cette étape est indispensable car elle permet de connaître la position du faisceau par rapport à son orbite théorique qui peut être définie comme étant l’axe magnétique des quadrupôles ou l’axe magnétique des sextupôles. Une méthode de BBA est ici validée dans le cas des quadrupôles et une autre est proposée dans le cas des sextupôles

In particle accelerators, more particularly in synchrotrons like SOLEIL, the particle beam is submitted to very strict constraints in order to improve the synchrotron radiation properties. The behaviour of the electron beam depends on the magnetic field distribution along the machine, mainly produced by the multipolar magnets of the storage ring (SR). Among them, the SOLEIL quadrupoles makes the electron beam very sensitive to their magnetic field errors due to some manufacturing defects. In that context, two main parameters are very important concerning the quadrupoles: the magnetic axis location and the magnetic field orientation in the transverse plane. These quantities are to be quantified and corrected by means of magnetic measurements. The first part of this thesis is mainly devoted to the presentation of the quadrupole constraint origin. In that context, the accelerator history and a brief review of the existing magnetic measurement method are presented. In the second chapter, theoretical tools regarding rotating coils are detailed. A model is proposed to simulate the effects of rotating coil defects on the magnetic measurements. Then, to quantify these defects, a method is detailed in order to take them into account during the measurements. A third chapter is devoted to the magnetic measurement bench set up and to the experimental results of the SR multipolar magnet measurements. Finally, the last chapter deals with the beam-based alignment (BBA) of the SR multipoles. A method is validated for quadrupoles and an innovative BBA method is proposed in the case of sextupoles