Mit den durch räumliche und mechanisch/technische Randbedingungen vorgegebenen Dipolpositionen ergibt sich eine fixierte Phasendrehung im longitudinalen Phasenraum von R56=93mm. Die Präparation des Elektronenstrahls, die im Undulator eine aufrechte Phasenraumellipse mit minimaler Bunchlänge ergibt, erfolgt mit einer variablen Chicane zwischen den Beschleunigerstufen.
Die beiden Bögen werden jeweils in der Form Dipol-Quadrupol-Dipol ausgelegt, wobei Position und Feldstärke des Quadrupols so zu wählen sind, daß der Bogen sowohl orts- als auch impuls-dispersionsfrei ist. Für den ersten Bogen des S ist der Quadrupol dabei unter Berücksichtigung der Kantenwinkel der verwendeten Schaltmagnete außermittig zu platzieren. Für beide Bögen gibt es dann optimal angepaßte Strahlradien, die so gewählt wurden, daß die Strahlradien am Ausgang des Bogens denen am Eingang des Bogens gleichen.
Der gerade Beamlineabschnitt zwischen den Bögen ist mechanisch stark limitiert, da der Strahl auf 2.4m Länge durch die Wand zwischen der Beschleuniger-Halle und dem FEL-Cave zu führen ist, unmittelbar vor der Wand aber auch noch ein Strahlverschluß von 50cm Baulänge zu platzieren ist. Eine Strahlführung unter Einhaltung der gegebenen Platzbeschränkungen ist nur möglich, indem ein Quadrupol-Dublett auf der Seite der Beschleuniger-Halle in die Wand eingelassen wird. Zusammen mit zwei einzelnen Quadrupolen am Ausgang des ersten Bogens und am Eingang des zweiten Bogens wird eine Abbildung der optimalen Strahlparameter der Bögen aufeinander erreicht.
Der Undulator der MIR-FELs besteht aus zwei Segmenten von je 1m Länge, deren Abstand zur Einhaltung der Resonanzbedingung zwischen optischem und Elektronenstrahl im Bereich von 245...345mm variabel ist. Da zwischen den Segmenten keine fokussierenden Elemente einfügbar sind, ist eine Anpassung des Elektronenstrahls, die eine Enveloppe mit konstantem Radius in der nichtdispersiven Ebene des Undulators ergibt, nicht möglich. Alternativ wurde eine Anpassungsbedingung gewählt, bei der die Betatron-Oszillationen so verlaufen, daß am Ausgang des ersten Undulator-Segments ein leicht konvergenter Strahl vorliegt, dieser durchläuft zwischen den Undulatorsegmenten eine Taille und tritt dann (symmetrisch) leicht divergent in das zweite Undulatorsegment ein. Für die Strahlanpassung an den Undulator steht ein Quadrupol-Triplett zur Verfügung. Eine ideale Anpassung ist damit nicht möglich, da nur 3 Freiheitsgrade für 4 Anpassungsbedingungen zur Verfügung stehen. Es ist jedoch möglich, einen vertretbaren Kompromiß zwischen minimalen Betatron-Oszillationen und einem optimalen Strahldurchmesser in der dispersiven Ebene zu finden, der einen im Vergleich zum Durchmesser des optischen Strahls hinreichend kleinen Strahldurchmesser über die gesamte Länge des Undulators erlaubt.
Der Einfluß von Raumladungseffekten auf den Strahltransport nach dem vorliegenden Design wurde mit dem Programm {\sc Parmela} untersucht. Die Bereitstellung eines für den FEL geeigneten Strahls ist für Energien ab etwa 10MeV möglich. R56 vergrößert sich vom Design-Wert von 93mm bei 20...40MeV bis zu 160mm bei 10MeV, was durch geeignete Einstellung der Chicane zu kompensieren ist. Gleichzeitig vergrößert sich beim Übergang zu niedrigen Energien die longitudinale Emittanz und die energetische Breite des Strahls in erheblichem Maße. Bei 10MeV muß bereits mit einer Verdreifachung der longitudinalen Emittanz gegenüber 20MeV gerechnet werden, Energieunschärfe und Bunchlänge des Strahls entsprechen aber auch dann noch den für den FEL-Betrieb notwendigen Mindestanforderungen.
| © Ulf Lehnert, 27.10.2000 |
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