7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II
7 Tesla 17-pole superconducting wiggler with a 19 mm magnetic gap and 148 mm in period have been fabricated in the Budker INP for the first time in the world. The maximum magnetic field, which can be generated on the central 13 poles, is 7.45 Tesla. To minimize magnetic gap the cold vacuum chamber...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78705 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II / S.V. Khrushchev, M.V. Kuzin, N.A. Mezentsev, E.G. Miginsky, V.V. Repkov, V.M. Tsukanov, V.A. Shkaruba // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 80-82. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859788389930237952 |
|---|---|
| author | Khrushchev, S.V. Kuzin, M.V. Mezentsev, N.A. Miginsky, E.G. Repkov, V.V. Tsukanov, V.M. Shkaruba, V.A. |
| author_facet | Khrushchev, S.V. Kuzin, M.V. Mezentsev, N.A. Miginsky, E.G. Repkov, V.V. Tsukanov, V.M. Shkaruba, V.A. |
| citation_txt | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II / S.V. Khrushchev, M.V. Kuzin, N.A. Mezentsev, E.G. Miginsky, V.V. Repkov, V.M. Tsukanov, V.A. Shkaruba // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 80-82. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler with a 19 mm magnetic gap and 148 mm in period have been
fabricated in the Budker INP for the first time in the world. The maximum magnetic field, which can be generated
on the central 13 poles, is 7.45 Tesla. To minimize magnetic gap the cold vacuum chamber with liquid helium
temperature have been used. There is a 20 K copper liner inside the vacuum chamber to prevent it of heating by the
electron beam. The inside cross section of the copper liner is 13·109.9 mm. The irradiation power is 60 kW for the
electron beam current of 0.5 A and 1.9 GeV energy. The wiggler tests with the beam on the BESSY-II storage ring
had been performed on March 2003. The main features of the wiggler design and the tests results are presented in
this paper.
В Інституті ядерної фізики ім. Г.І. Будкера СВ РАН вперше у світі створений надпровідний 17-
полюсний вигглер з періодом 148 мм, міжполюсним зазором 19 мм і номінальним полем 7 Тл. При цьому
максимально досягнуте поле на 13-ти основних полюсах складає 7.45 Тл. З метою зменшення міжполюсного
зазору застосована вакуумна камера, що має температуру рідкого гелію. Щоб запобігти нагрівання пучком
вакуумної камери, усередині неї розміщено мідний лайнер, що має температуру 20 К. Розміри поперечного
переріза внутрішньої частини мідного лайнера складають 13х109.9 мм. Потужність випромінювання звигглера при струмі пучка 0.5 А и енергії 1.9 ГеВ складає 60 кВт. Іспиту вигглера з пучком на
накопичувальному кільці BESSY-II у Берліні були зроблені в березні 2003 р.
В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН впервые в мире создан сверхпроводящий 17-
полюсный вигглер с периодом 148 мм, межполюсным зазором 19 мм и номинальным полем 7 Тл. При этом
максимально достигнутое поле на 13-ти основных полюсах составляет 7.45 Тл. С целью уменьшения
межполюсного зазора применена вакуумная камера, имеющая температуру жидкого гелия. Чтобы
предотвратить нагрев пучком вакуумной камеры, внутри неё помещен медный лайнер, имеющий
температуру 20 К. Размеры поперечного сечения внутренней части медного лайнера составляют
13х109.9 мм. Мощность излучения из вигглера при токе пучка 0.5 А и энергии 1.9 ГэВ составляет 60 кВт.
Испытания вигглера с пучком на накопительном кольце BESSY-II в Берлине были произведены в марте
2003 г.
|
| first_indexed | 2025-12-02T11:23:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
7 TESLA 17-POLE SUPERCONDUCTING WIGGLER FOR BESSY-II
S.V. Khrushchev, M.V. Kuzin, N.A. Mezentsev, E.G. Miginsky, V.V. Repkov, V.M. Tsukanov,
V.A. Shkaruba
Budker Institute of Nuclear Physics, SB RAS;
Lavrentyev ave. 11, 630090, Novosibirsk, Russia
7 Tesla 17-pole superconducting wiggler with a 19 mm magnetic gap and 148 mm in period have been
fabricated in the Budker INP for the first time in the world. The maximum magnetic field, which can be generated
on the central 13 poles, is 7.45 Tesla. To minimize magnetic gap the cold vacuum chamber with liquid helium
temperature have been used. There is a 20 K copper liner inside the vacuum chamber to prevent it of heating by the
electron beam. The inside cross section of the copper liner is 13·109.9 mm. The irradiation power is 60 kW for the
electron beam current of 0.5 A and 1.9 GeV energy. The wiggler tests with the beam on the BESSY-II storage ring
had been performed on March 2003. The main features of the wiggler design and the tests results are presented in
this paper.
PACS: 29.17.+w,85.25.Ly
1. INTRODUCTION
The wiggler has been designed and fabricated in the
Budker INP for the BESSY-II storage ring for
generation of powerful X-ray radiation in the photon
energy range up to 100 keV for materials science. Main
parameters of the wiggler are presented in Table.
Number of poles
main
additional
13
4
Vertical aperture, mm 13
Pole gap, mm 19
Main pole length (period), mm 74(148)
Nominal magnetic field, Tesla
Maximum magnetic field, Тesla
7
7.45
Coil material NbTi
Electron energy, GeV 1.9
Beam current, A 0.5
Radiation power, kWatt 60
Stored energy, kJ 460
Liquid helium consumption, l/hour 0.3 –0.65
2. MAGNETIC SYSTEM
The wiggler has 13 main poles and 4 additional end
poles. Vertical aperture of the wiggler for the beam is
13 mm, and magnetic gap is 19 mm. The vacuum
chamber inside the wiggler is an internal part of a liquid
helium vessel and has a temperature of 4.2oK. A copper
liner is inserted into the vacuum chamber to prevent it
heating by an electron beam. The vertical gap between
the vacuum chamber and the liner is 1 mm. Thin
stainless steel spacers with a low heat conductivity are
used to provide the required gap between the liner and
the vacuum chamber. The liner has thermal contact to
the screen 20 K cooled by two cryocoolers.
Material of the coils is NbTi round wire. The period
of 148 mm has been chosen to achieve maximal
intensity radiation on photon energy ~14 keV at the
limited length of the storage ring straight section.
Maximal magnetic field obtained on 13 main poles is
7.45 Tesla. The working field is 7 Tesla. Coils of the
central poles and ¾ poles have two sections. The photo
of the central pole is given in Fig. 1. The points of load
lines of internal and external sections describing a
condition of a superconducting wire in the coil (at 7
Tesla in median plane) relative critical curve for a short
sample of superconducting wire is given in Fig. 2.
Fig. 1. The coil of the wiggler
Fig. 2. The points of load lines describing a condition of
a superconducting wire in the coil relative critical
curve for a short sample of used wire
Two power supplies are used to feed the wiggler
magnetic system. The currents on 7 Tesla magnetic field
for first and second power supplies are equal to 145 A
and 197 A correspondingly. The first current feeds
internal sections of central coils, internal sections of ¾
coils and whole ¼ coils. The second current feeds
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p.80-82.
80
external sections of ¾ coils. The sum of two currents
feeds external sections of central coils. Such circuit
gives an optimum current - field ratio on windings of
the central poles, and keeps first field integral close to
zero for any field level.
Special bandaging system is used to prevent winding
wire motion under ponderomotive forces action. The
bandaging system consists of two pair stainless steel
thick plates, stretched together by eight bronze studs.
The drawing of wiggler magnetic system is given in Fig.
3.
Fig. 3. The wiggler magnet system
3. MAGNETIC MEASUREMENTS
A special measuring system was made for magnetic
field mapping. Complexity of this system is caused by
application of the cold vacuum chamber and 20oK liner
in the wiggler and as consequence - impossibility to
work on open air. The measuring system consists of a
frame with two motions (one on each side of wiggler),
directing tube (antechamber) with the Hall probe inside
and two bellows. The frame is motionlessly fixed on the
wiggler. Directing tube passes inside the 20oK liner.
Between this tube and the liner is vacuum to reduce heat
inleak. During scanning of the tube inside the liner there
is a possibility to synchronize motions of the tube ends.
The vertical moving of directing tube is made manually.
The ends of a tube are hermetically connected to the
ends of the cold vacuum chamber through bellows.
Thus the vacuum volume limited to the cold vacuum
chamber, directing tube and two bellows is formed.
Inside a tube there is a Hall probe, which is actuated by
a horizontal drive of motions through a kevlar fiber.
Stretched wire method for field integrals
measurements was used. To realize this the Hall probe
was removed from the tube, and stretched wire was
passed.
Transverse magnetic field distribution of one of
central poles is given in Fig. 4. Parabola with factor
50 T/m2 with X2 is represented in the same figure. Thus
on the central pole the magnetic field sextupole
components does not exceed 100 T/m2.
Longitudinal magnetic field distribution on a level
7 Тesla as well as angle orbit deviation and orbit
distortion along the wiggler is shown in Fig.5.
Fig. 4. Transversal magnetic field distribution on the
central pole. (Solid curve- measurements, dot curve-
parabola with factor 50 T/m2 with X2)
Residual fields in wiggler do not exceed 7·10-3 Tesla
and 4·10-3 Tesla after slow down the field from
maximum level, and after quench, respectively. The
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p.80-82.
81
ratio of the currents of first and second power supplies
requested for zero first field integrals at any field level
were obtained with the stretched wire method (Fig.6).
Fig.5. Longitudinal magnetic field distribution.
Longitudinal distribution of a corner between the
electron speed direction, and the wiggler longitudinal
axis. The cross coordinate of the electron flying through
the wiggler, depending on longitudinal coordinate
Fig.6. Currents in the windings, appropriate to zero
first integral, depending on a magnetic field on the
basic poles
4. CONCLUSION
Superconducting 7 Tesla multipole wiggler with 17
poles was designed, fabricated, successfully tested and
installed on the BESSY-II ring with parameters as
requested. It was demonstrated good agreement between
calculated and measured magnetic field properties.
REFERENCES
1. D. Berger, M. Fedurin, N. Mezentsev, S. Mhaskar,
F. Schaefers, M. Scheer, V. Shkaruba, E.
Weihreter. A superconducting 7 T multipole
wiggler for the BESSY II Ring., PAC.01, Chicago,
2001.
2. D. Berger, N. Mezentsev, V. Shkaruba,
E. Weihreter. A superconducting 7T multipole
wiggler for BESSY II: main challenges and first
field measurements // Proceedings of EPAC 2002,
Paris, France.
3. D. Berger, V. Duerr, H. Krauser, S. Reul, M. Rose,
E. Weihreter. Mechanical and thermal design of
vacuum chambers for a 7 T multipole wiggler for
BESSY II. // Proceedings of EPAC 2002, Paris,
France.
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ СЕМНАДЦАТИПОЛЮСНЫЙ 7 Тл ВИГГЛЕР ДЛЯ BESSY-II
С.В. Хрущёв, М.В. Кузин, Н.А. Мезенцев, Е.Г. Мигинская, В.В. Репков, В.М. Цуканов, В.А. Шкаруба
В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН впервые в мире создан сверхпроводящий 17-
полюсный вигглер с периодом 148 мм, межполюсным зазором 19 мм и номинальным полем 7 Тл. При этом
максимально достигнутое поле на 13-ти основных полюсах составляет 7.45 Тл. С целью уменьшения
межполюсного зазора применена вакуумная камера, имеющая температуру жидкого гелия. Чтобы
предотвратить нагрев пучком вакуумной камеры, внутри неё помещен медный лайнер, имеющий
температуру 20 К. Размеры поперечного сечения внутренней части медного лайнера составляют
13х109.9 мм. Мощность излучения из вигглера при токе пучка 0.5 А и энергии 1.9 ГэВ составляет 60 кВт.
Испытания вигглера с пучком на накопительном кольце BESSY-II в Берлине были произведены в марте
2003 г.
НАДПРОВІДНИЙ СІМНАДЦЯТИПОЛЮСНИЙ 7 Тл ВИГГЛЕР ДЛЯ BESSY-II
С.В. Хрущов, М.В. Кузін, Н.А. Мезенцев, Є.Г. Мігінська, В.В. Репков, В.М. Цуканов, В.А. Шкаруба
В Інституті ядерної фізики ім. Г.І. Будкера СВ РАН вперше у світі створений надпровідний 17-
полюсний вигглер з періодом 148 мм, міжполюсним зазором 19 мм і номінальним полем 7 Тл. При цьому
максимально досягнуте поле на 13-ти основних полюсах складає 7.45 Тл. З метою зменшення міжполюсного
зазору застосована вакуумна камера, що має температуру рідкого гелію. Щоб запобігти нагрівання пучком
вакуумної камери, усередині неї розміщено мідний лайнер, що має температуру 20 К. Розміри поперечного
переріза внутрішньої частини мідного лайнера складають 13х109.9 мм. Потужність випромінювання з
82
вигглера при струмі пучка 0.5 А и енергії 1.9 ГеВ складає 60 кВт. Іспиту вигглера з пучком на
накопичувальному кільці BESSY-II у Берліні були зроблені в березні 2003 р.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p.80-82.
83
REFERENCES
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78705 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-02T11:23:14Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Khrushchev, S.V. Kuzin, M.V. Mezentsev, N.A. Miginsky, E.G. Repkov, V.V. Tsukanov, V.M. Shkaruba, V.A. 2015-03-20T09:10:12Z 2015-03-20T09:10:12Z 2004 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II / S.V. Khrushchev, M.V. Kuzin, N.A. Mezentsev, E.G. Miginsky, V.V. Repkov, V.M. Tsukanov, V.A. Shkaruba // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 80-82. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.17.+w,85.25.Ly https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78705 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler with a 19 mm magnetic gap and 148 mm in period have been fabricated in the Budker INP for the first time in the world. The maximum magnetic field, which can be generated on the central 13 poles, is 7.45 Tesla. To minimize magnetic gap the cold vacuum chamber with liquid helium temperature have been used. There is a 20 K copper liner inside the vacuum chamber to prevent it of heating by the electron beam. The inside cross section of the copper liner is 13·109.9 mm. The irradiation power is 60 kW for the electron beam current of 0.5 A and 1.9 GeV energy. The wiggler tests with the beam on the BESSY-II storage ring had been performed on March 2003. The main features of the wiggler design and the tests results are presented in this paper. В Інституті ядерної фізики ім. Г.І. Будкера СВ РАН вперше у світі створений надпровідний 17- полюсний вигглер з періодом 148 мм, міжполюсним зазором 19 мм і номінальним полем 7 Тл. При цьому максимально досягнуте поле на 13-ти основних полюсах складає 7.45 Тл. З метою зменшення міжполюсного зазору застосована вакуумна камера, що має температуру рідкого гелію. Щоб запобігти нагрівання пучком вакуумної камери, усередині неї розміщено мідний лайнер, що має температуру 20 К. Розміри поперечного переріза внутрішньої частини мідного лайнера складають 13х109.9 мм. Потужність випромінювання звигглера при струмі пучка 0.5 А и енергії 1.9 ГеВ складає 60 кВт. Іспиту вигглера з пучком на накопичувальному кільці BESSY-II у Берліні були зроблені в березні 2003 р. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН впервые в мире создан сверхпроводящий 17- полюсный вигглер с периодом 148 мм, межполюсным зазором 19 мм и номинальным полем 7 Тл. При этом максимально достигнутое поле на 13-ти основных полюсах составляет 7.45 Тл. С целью уменьшения межполюсного зазора применена вакуумная камера, имеющая температуру жидкого гелия. Чтобы предотвратить нагрев пучком вакуумной камеры, внутри неё помещен медный лайнер, имеющий температуру 20 К. Размеры поперечного сечения внутренней части медного лайнера составляют 13х109.9 мм. Мощность излучения из вигглера при токе пучка 0.5 А и энергии 1.9 ГэВ составляет 60 кВт. Испытания вигглера с пучком на накопительном кольце BESSY-II в Берлине были произведены в марте 2003 г. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Элементы ускорителей 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II Надпровідний сімнадцятиполюсний 7 Тл вигглер для BESSY-II Сверхпроводящий семнадцатиполюсный 7 Тл вигглер для BESSY-II Article published earlier |
| spellingShingle | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II Khrushchev, S.V. Kuzin, M.V. Mezentsev, N.A. Miginsky, E.G. Repkov, V.V. Tsukanov, V.M. Shkaruba, V.A. Элементы ускорителей |
| title | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II |
| title_alt | Надпровідний сімнадцятиполюсний 7 Тл вигглер для BESSY-II Сверхпроводящий семнадцатиполюсный 7 Тл вигглер для BESSY-II |
| title_full | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II |
| title_fullStr | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II |
| title_full_unstemmed | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II |
| title_short | 7 Tesla 17-pole superconducting wiggler for BESSY-II |
| title_sort | 7 tesla 17-pole superconducting wiggler for bessy-ii |
| topic | Элементы ускорителей |
| topic_facet | Элементы ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78705 |
| work_keys_str_mv | AT khrushchevsv 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT kuzinmv 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT mezentsevna 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT miginskyeg 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT repkovvv 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT tsukanovvm 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT shkarubava 7tesla17polesuperconductingwigglerforbessyii AT khrushchevsv nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT kuzinmv nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT mezentsevna nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT miginskyeg nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT repkovvv nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT tsukanovvm nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT shkarubava nadprovídniisímnadcâtipolûsnii7tlvigglerdlâbessyii AT khrushchevsv sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT kuzinmv sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT mezentsevna sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT miginskyeg sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT repkovvv sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT tsukanovvm sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii AT shkarubava sverhprovodâŝiisemnadcatipolûsnyi7tlvigglerdlâbessyii |