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Main Title: Entwicklung von Fertigungsverfahren für einen kryogenen Undulator sowie deren Validierung durch magnetische Messungen an einem Prototypen
Translated Title: Development of manufacturing processes for a cryogenic undulator and the validation by magnetic measurements on a prototype
Author(s): Kuhn, Carsten
Advisor(s): Lehr, Heinz
Referee(s): Lehr, Heinz
Jankowiak, Andreas
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Kryogene In-Vakuum-Undulatoren (CPMUs) mit kurzen Perioden liefern, im Vergleich zu herkömmlichen Permanentmagnet-Undulatoren, höhere Photonenenergien. Freie-Elektronen-Laser oder Energy-Recovery-Linacs stellen geringere Anforderungen an die transversale Homogenität des Verlaufs der magnetischen Flussdichte. Aus diesem Grunde bietet sich der Einsatz einer weiterentwickelten Hybrid-Magnetstruktur zur Steigerung der magnetischen Flussdichte in diesen Single-Pass-Geräten an. Auf der Basis von in dieser Dissertation vorgestellten Rechnungen wurde eine solche Struktur realisiert. Dabei kamen in diesem Anwendungsfeld bisher nicht genutzte Technologien zum Einsatz. Insbesondere ein auf reaktiven Nanofolien basierendes Verfahren zum Fügen aufmagnetisierter, hochremanenter Seltenerdmagnete wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Die anhand der Rechnungen erwartete Steigerung der magnetischen Flussdichte um ca. 15 Prozent konnte durch vergleichende Messungen an zwei Prototypen bestätigt werden. Um CPMUs unter Betriebsbedingungen bei ca. 20 K magnetisch zu charakterisieren, entwickelt das Helmholtz-Zentrum Berlin eine In-Vakuum-Hall-Sonden-Messbank. Aspekte des mechanischen Aufbaus und der Programme zur Regelung und Datenerfassung der Messbank sind Bestandteil der Dissertation. Die Regelung der Messbank ermöglicht ortsaufgelöste Messungen mit Genauigkeiten transversal und longitudinal kleiner als 5 µm bzw. 20 µrad. Die Auflösung und die Genauigkeit werden durch die optische Erfassung der Position der Hall-Sensoren und Korrektur durch Piezo-Aktoren in fünf Freiheitsgraden erreicht.
Short period Cryogenic Permanent Magnet Undulators (CPMUs) deliver higher photon energies than conventional permanent magnet undulators at a given electron energy. In single pass accelerators (FELs or ERLs) with their reduced requirements on transverse field homogeneity, the CPMU-performance (in terms of the ratio of magnetic flux density over period length) can be pushed even further. A detailed magnetic simulation and optimization for an improved hybrid magnetic structure was performed. A prototype with this new design was built utilizing a soldering technique with reactive nanofoils to join fully magnetized rare earth based magnets. This soldering technique was never used in this field before. The simulations of the prototype predict a 15 percent increase in magnetic flux density. This gain was confirmed by magnetic measurements of the prototype. To determine CPMUs magnetic properties at operating conditions at about 20 K, an in-vacuum Hallprobebench is currently under development at the Helmholtz-Zentrum Berlin. The hardware and software concepts of the motion control were elaborated within this dissertation. Sophisticated feedback loops guarantee a position accuracy of the Hall-probes of at least 5 μm and 20 μrad. The high accuracy in five degrees of freedom is enabled by five optical systems (3-axis laser interferometer, 2 PSDs) for determination of position and angles and five piezo actuators for correction.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5471
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5142
Exam Date: 11-Feb-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 24-May-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::600 Technik::600 Technik, Technologie
Subject(s): CPMU
cryogenic permanent magnet undulators
hallprobebench
hallprobes
rare earth based magnets
kryogene In-Vakuum-Undulatoren
In-Vakuum-Hall-Sonden-Messbank
Hall-Sensoren
Fügen
Seltenerdmagnete
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