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Atualizações do Sirius | 19 de Julho de 2021
Comissionamento dos Aceleradores no Primeiro Semestre de 2021

No primeiro semestre de 2021 foi dada maior ênfase na melhoria da estabilidade do feixe, na operação em mais alta corrente, bem como na otimização do sistema injetor

A operação da fonte de luz síncrotron Sirius no primeiro semestre de 2021 dividiu os recursos humanos e tempo útil dos aceleradores entre estudos de máquina, instalações de componentes das estações de pesquisa, e o fornecimento de feixe para experimentos de comissionamento técnico e científico das linhas de luz.

As circunstâncias de operação do Laboratório com o comissionamento simultâneo dos aceleradores e das linhas de luz são desafiadoras e pouco usuais em fonts de luz síncrotron de terceira e quarta geração, mas têm gerado interações ricas entre as equipes envolvidas no projeto Sirius. Após o período de alinhamento dos imãs nos primeiros dois meses do ano, que trouxe os aceleradores para condições mais próximas das especificações de projeto, o tempo de feixe fornecido para as linhas cresceu progressivamente, mantendo uma boa compatibilidade entre o tempo programado e o tempo entregue para os experimentos.

A partir do mês de abril a disponibilidade de feixe nos horários programados para experimentos nas linhas de luz foi superior a 95%, com um tempo médio entre falhas (MTBF) superior a 30 horas e um tempo médio para recuperação de falhas inferior a duas horas, que são níveis muito satisfatórios para o atual estágio de operação.

Desde março de 2021 a corrente do anel de armazenamento foi mantida no modo de injeções em 70 mA, com duas injeções por dia. Esta corrente é cerca de 1/5 da especificada em projeto, reduzindo o fluxo de fótons dos experimentos na mesma proporção. Ainda assim, para fase atual do projeto, nem a corrente nem o tempo entre injeções têm sido fatores limitantes para as atividades de comissionamento das linhas de luz. A injeção contínua do feixe de elétrons (top-up), que está em desenvolvimento, deverá melhorar ainda a qualidade de vários aspectos de operação das linhas de luz.

Comissionamento dos Aceleradores

As atividades de estudos de máquina e comissionamento dos aceleradores têm se concentrado na caracterização da óptica e da dinâmica do feixe de elétrons, entre outros diversos aspectos da física de aceleradores, e na entrega de luz síncrotron em condições cada vez melhores para experimentos nas linhas de luz. Em particular, no primeiro semestre de 2021 foi dada maior ênfase na melhoria da estabilidade do feixe, na operação em mais alta corrente, bem como na otimização do sistema injetor.

Com os estudos e ajustes feitos após o alinhamento fino dos aceleradores no início de 2021, a órbita residual (indesejada) do feixe de elétrons foi reduzida a cerca de 1/3 do valor rms que havia antes do alinhamento e foi atingida uma eficiência de injeção do booster para o anel de armazenamento de cerca de 80% (78%±11%).

Correção de órbita antes (linha mais clara) e após (linha mais escura) o alinhamento fino dos aceleradores. Acima: plano horizontal. Abaixo: plano vertical.

Atualmente, a instabilidade do feixe de elétrons é o principal fator limitante dos experimentos de comissionamento das linhas de luz, pelo menos com relação às características do feixe fornecido pelo anel de armazenamento. As instabilidades ocorrem em diferentes escalas temporais e afetam os experimentos de diferentes formas. Nas escalas de tempo de horas as principais instabilidades parecem vir de movimentações do prédio do Sirius, que afetam o feixe de elétrons de forma contínua, fazendo com que o feixe de luz síncrotron saia da condição de alinhamento com os componentes óticos das linhas. As causas e soluções para este problema estão sendo investigadas pelos grupos da divisão de engenharia e tecnologia do CNPEM. Em escalas de tempo de segundos o sistema de correção lenta (SOFB) tem permitido melhorias significativas na estabilidade do feixe. Já em escalas de tempo mais curtas, as principais perturbações se dão na faixa de frequência de 60 Hz. Estas perturbações fazem com que o feixe de elétrons tenha um tamanho aparente maior para os experimentos, resultando em aumento de foco e perda de coerência quando os tempos de integração dos detectores são superiores a dezenas de milissegundos. As flutuações verticais, por exemplo, ultrapassam bastante o critério de 10% do tamanho do feixe. Devido a isso, estratégias de processamento de dados e de filtragem das flutuações estão sendo adotadas para contornar este problema até que as instabilidades de órbita sejam sanadas, seja por identificação das suas fontes ou pelo sistema de correção rápida de órbita.

Estabilidade de órbita de curto prazo após implantação do sistema de correção lenta (SOFB). Acima: Espectro integrado em função da frequência mostrando perturbação da órbita em 60 Hz. Abaixo: Perturbação das órbitas horizontal (esquerda) e vertical (direita) em função do tempo.

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