Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Rede Magnética

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A especificação da rede magnética é a etapa mais importante do projeto da fonte de luz. A evolução das fontes de luz no sentido da menor emitância e do maior brilho se dá pela inovação nos projetos de redes magnéticas e pelos desenvolvimentos tecnológicos que esses projetos suscitam. É a rede magnética que determina as características do feixe de elétrons e, consequentemente, da luz produzida. Por essa razão, é extremamente importante que haja uma grande conformidade entre a rede projetada e a realizada, o que impõe tolerâncias rígidas no que se refere a erros de construção, posicionamento e excitação dos componentes da rede.

A rede magnética é uma combinação meticulosamente projetada de dipolos, quadrupolos e sextupolos que tem um impacto direto sobre as características do feixe de elétrons e da luz produzida.

O dipolo é o elemento responsável pela deflexão da trajetória dos elétrons, definindo a órbita de referência em torno da qual os elétrons permanecerão armazenados. Os quadrupolos são responsáveis pela focalização do feixe e o sextupolo é utilizado para corrigir a aberração cromática resultante da ação dos quadrupolos sobre um feixe com dispersão de energia finita.

Anel de Armazenamento


Várias configurações para a rede magnética do anel de armazenamento do Sirius foram analisadas ao longo dos últimos anos. A rede escolhida é composta por 20 células magnéticas de cinco deflexões cada, conhecidas como rede 5BA (do inglês Five Bend Acromat). Com esta rede a emitância natural do Sirius atingirá o valor de 0,24 nm.rad para uma energia dos elétrons de 3 GeV. A título de comparação, esse valor é cerca de 360 vezes menor do que a emitância do UVX, o anel de 1,37 GeV atualmente em operação no LNLS. Este valor de emitância fará do Sirius uma das fontes de luz síncrotron de maior brilho no mundo.

Dentre as redes magnéticas estudadas, a rede 5BA foi a que apresentou o melhor compromisso em termos de baixa emitância e grande número de seções retas para dispositivos de inserção considerando a circunferência máxima do anel. O Anel de Armazenamento terá 518,4m de circunferência com 20 segmentos retos livres de dispersão alternando entre 7,5m e 6,5m para os dispositivos de inserção e utilidades da máquina.

Dipolo de Alto Campo


Uma inovação na rede do Sirius é a introdução de ímãs permanentes de alto campo – 3.3 T – no meio do dipolo central de 0.58 T da célula 5BA. Além de contribuir para a redução da emitância, esses dipolos de alto campo também irão produzir raios X duros com fótons de energia crítica em torno de 20 keV, o que significa que os dipolos produzirão fluxo de fótons utilizável até cerca de 120 keV.

Os fótons serão produzidos com uma pequena abertura angular horizontal, decorrente do fato dos dipolos serem curtos, e apenas nas regiões com possíveis saídas de luz. Esta configuração minimiza a potência total da radiação dipolar emitida pelo feixe. A combinação de dipolos com campos magnéticos baixos e insertos de alto campo apenas nas posições das saídas de luz – para gerar raios X duros – é um aspecto inovador do projeto, que não só reduz a potência total de radiofrequência (RF) necessária, como também diminui a necessidade de refrigeração das câmaras de vácuo.

Os principais elementos da rede magnética do anel de armazenamento do Sirius são 120 dipolos de baixo campo (0,58 Tesla), 20 dipolos delgados de alto campo (3,3 Teslas), 260 quadrupolos, 280 sextupolos, 160 corretoras horizontais lentas, 80 corretoras horizontais rápidas, 120 corretoras verticais lentas e 80 corretoras verticais rápidas.

Acelerador Injetor


O Sistema de injeção do Sirius é composto por um Acelerador Linear (LINAC) de 150 MeV, um anel Acelerador Injetor (Booster) que acelera os feixes de elétrons até a energia de operação do Anel de Armazenamento e duas Linhas de Transporte, uma do LINAC para o Booster (LTB) e outra do Booster para o Anel de Armazenamento (BTS). O Sistema de Injeção funciona em modo top-up, isto é, os feixes de elétrons são continuamente injetados no Anel de Armazenamento.

A Rede Magnética do Booster consiste em 50 células FODO modificadas, com magnetos adequados para produzir feixes de baixa emitância.

A principal diferença deste design para outros Boosters é que ele é composto apenas de segmentos em arco, não havendo longos trechos retos para propagação sem dispersão dos feixes de elétrons. Na circunferência total de 496,8 metros, há inúmeros segmentos de cerca de 4 metros em que não há componentes da rede magnética. Dessa forma, tanto injeção quanto extração, assim como a cavidade de radiofrequência, estão localizadas nesses trechos. Este conceito permite a construção de uma rede magnética altamente simétrica com a necessidade de poucas famílias de magnetos.

O Booster e o Anel de Armazenamento são concêntricos e dividem o mesmo túnel, assim, a alta simetria da rede também permite a maximização da distância radial entre o anel de armazenamento e do acelerador injetor, minimizando a variação no tamanho do corredor entre os dois anéis concêntricos.

A emitância natural obtida no Booster na energia de extração de 3 GeV é bem baixa – 3,47 nm.rad – que é essencial para prover uma boa injeção no Anel de Armazenamento com o processo de injeção por Magneto Pulsado Multipolar.