3D bunch-by-bunch feedback system at ANKA to increase storable beam current

Abstract

In the ANKA storage ring, a digital state-of-the-art Bunch-By-Bunch (BBB) feedback system provides damping of Coupled-Bunch-Instabilities (CBI) in order to increase the maximum storable beam current and lifetime. Performance of this feedback strongly depends on the phase advance in the digital Finite Impulse Response (FIR) filter. Especially during energy ramping, retuning of FIR filter parameters is required as the electron beam?s tune varies with changing machine optics. With this purpose, an algorithm for the automatic tuning of the filter is proposed. Tests performed during several energy rampings show an improvement in rejection of instabilities, which means robustness of the feedback system against changes in machine settings is enhanced. Beam lifetime is also a critical parameter to evaluate performance of the storage ring. It is related to bunch length in the longitudinal axis, which must not be too short to reduce beamloss. So as to increase bunch length and thus enhance beam lifetime, beam modulation at quadrupole resonance is applied in longitudinal axis. An algorithm for the automatic configuration of this modulation has been implemented and tested during injection. Results show a significant enhancement of beam lifetime, but reproducibility of these results will be discussed.

En el anillo de almacenaje ANKA, un sistema de retroalimentación digital Paquete-Por-Paquete (Bunch-By-Bunch, BBB) de última generación proporciona la atenuación de inestabilidades derivadas del acoplamiento entre paquetes (Coupled-Bunch-Instabilities, CBI), con objeto de incrementar el máximo nivel de corriente almacenable y el tiempo de vida del haz de partículas. Las prestaciones de la retroalimentación dependen fuertemente del avance de fase introducido por el filtro digital de respuesta impulsional finita (Finite Impulse Response, FIR). De manera especial durante la rampa de energía, es necesario reajustar los parámetros del filtro FIR para compensar la variación de la frecuencia característica del haz de electrones, que cambia en relación a la óptica del acelerador (machine optics). Con este objetivo, el presente trabajo propone un algoritmo para la sintonía automática del filtro. En las pruebas llevadas a cabo durante diversas rampas de energía, se ha observado una mejora en el rechazo de las inestabilidades, de forma que se refuerza la robustez del sistema de retroalimentación frente a los cambios en la configuración del acelerador. El tiempo de vida del haz de partículas es otro parámetro crítico a la hora de evaluar las prestaciones del anillo de almacenaje. Está relacionado con la longitud del paquete en el eje longitudinal, que no debe ser demasiado corta para reducir la pérdida de partículas. Con el objetivo de incrementar la longitud del paquete y con ello, el tiempo de vida, se aplica una modulación a la frecuencia de resonancia de cuarto orden en el eje longitudinal. En este trabajo, se ha implementado un algoritmo para la configuración automática de la modulación, que se ha puesto a prueba durante la inyección. Los resultados muestran una mejora significativa en el tiempo de vida, pero se comentará la reproducibilidad de los mismos.

A l’anell d’emmagatzematge ANKA, un sistema de retroalimentació digital Paquet-Per-Paquet (Bunch-By-Bunch, BBB) d’última generació proporciona l’esmorteïment d’inestabilitats derivades de l’acoblament entre paquets (Coupled-Bunch-Instabilities, CBI), per tal d’incrementar el màxim nivell de corrent emmagatzemable i el temps de vida del feix de partícules. Les prestacions de la retroalimentació depenen fortament de l’avançament de fase introduït pel filtre digital de resposta impulsional finita (Finite Impulse Response, FIR). De manera especial durant la rampa d’energia, és necessari reajustar els paràmetres del filtre FIR per tal de compensar la variació de la freqüència característica del feix d’electrons, que canvia amb la configuració de l’òptica de l’accelerador (machine optics). Amb aquest objectiu, en aquest treball es proposa un algorisme per a la sintonia automàtica del filtre. A les proves que s’han dut a terme durant diverses rampes d’energia, s’ha observat una millora en el rebuig de les inestabilitats, de manera que es reforça la robustesa del sistema de retroalimentació enfront als canvis en la configuració de l’accelerador. El temps de vida del feix de partícules és un altre paràmetre crític a l’hora d’avaluar les prestacions de l’anell d’emmagatzematge. Està relacionat amb la longitud del paquet de partícules en l’eix longitudinal, que no ha de ser massa curta per tal de reduir la pèrdua de partícules. Amb l’objectiu d’incrementar la longitud del paquet i amb això, el temps de vida, s’aplica una modulació a la freqüència de ressonància de quart ordre en l’eix longitudinal. En aquest treball, s’ha implementat un algorisme per a la configuració automàtica de la modulació, que s’ha provat durant la injecció. Els resultats mostren una millora significativa en el temps de vida, però es comentarà la reproductibilitat d’aquests resultats.