Orbit correction and response analysis at DELTA
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Date
2022
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Abstract
The DELTA facility is a synchrotron light source located in Dortmund, Germany. Here, the
TU Dortmund University operates a 1.5 GeV storage ring supplying radiation ranging from the
THz to the hard X-ray regime for experiments in chemistry, biochemistry, solid-state physics
and materials science. The ring is equipped with a slow orbit feedback (SOFB) that corrects the
transverse orbit position using a set of steerer magnets. The orbit correction software acts as
the feedback's controller. Until 2021, the ring used a program based on a customized singular
value decomposition (SVD) approach for calculating corrections. Its replacement, which is
better integrated into the experimental physics and industrial control system (EPICS) and also
capable of two methods of energy correction, was implemented and commissioned to routine
operation within the scope of this work. Additionally, the closed-orbit bilinear-exponential
analysis (COBEA) algorithm was generalized to accept combinations of orbit response matrix
columns, so-called response sets, as input. This enables the new response set t algorithm
(RSFA) to extract the coupled beta functions and betatron phase advances as well as the
scaled dispersion from orbit corrections. If it is integrated with the SOFB in an online tting
approach, the RSFA will supply non-invasive measurements of these optical functions. The
new orbit correction software and algorithm are described and evaluated in simulations as well
as experimental studies.
DELTA ist eine Synchrotronstrahlungsquelle in Dortmund, Deutschland. Hier betreibt die Technische Universität Dortmund einen 1.5 GeV-Elektronenspeicherring, der Strahlung vom THz- bis zum harten Röntgenbereich für Experimente in der Chemie, der Biochemie, der Festkörperphysik sowie den Materialwissenschaften zur Verfügung stellt. Der Ring ist mit einer langsamen Orbitkorrektur ausgestattet, um die transversale Orbitposition mit Hilfe von Steuermagneten zu korrigieren. Die Regelung wird durch das Orbitkorrekturprogramm gesteuert. Bis ins Jahr 2021 wurde ein auf der Methode der Singulärwertzerlegung (SVD) beruhender und auf DELTA angepasster Ansatz verwendet, um diese Korrekturen zu berechnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Programm implementiert und in den Routinebetrieb übernommen, das besser in das Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) integriert ist und zwei Methoden zur Energiekorrektur bereitstellt. Zusätzlich wurde der Closed-Orbit Bilinear-Exponential Analysis-Algorithmus (COBEA-Algorithmus) verallgemeinert, um Linearkombinationen von Orbitkorrekturmatrizen, genannt Response Sets, als Eingangsdaten zu akzeptieren. Das ermöglicht dem neuen Reponse Set Fit Algorithm (RSFA) die gekoppelten Betafunktionen und Betatronphasenvorschübe sowie die skalierte Dispersion aus einem Satz Orbitkorrekturdaten zu extrahieren. Würde der Algorithmus mit der langsamen Orbitkorrektur in einem Online-Fitansatz integriert, könnten nicht-invasive Messungen der genannten optischen Funktionen durchgeführt werden. Das neue Orbitkorrekturprogramm und der RSFA werden beschrieben und aufgrund von Simulationen sowie experimenteller Studien evaluiert.
DELTA ist eine Synchrotronstrahlungsquelle in Dortmund, Deutschland. Hier betreibt die Technische Universität Dortmund einen 1.5 GeV-Elektronenspeicherring, der Strahlung vom THz- bis zum harten Röntgenbereich für Experimente in der Chemie, der Biochemie, der Festkörperphysik sowie den Materialwissenschaften zur Verfügung stellt. Der Ring ist mit einer langsamen Orbitkorrektur ausgestattet, um die transversale Orbitposition mit Hilfe von Steuermagneten zu korrigieren. Die Regelung wird durch das Orbitkorrekturprogramm gesteuert. Bis ins Jahr 2021 wurde ein auf der Methode der Singulärwertzerlegung (SVD) beruhender und auf DELTA angepasster Ansatz verwendet, um diese Korrekturen zu berechnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Programm implementiert und in den Routinebetrieb übernommen, das besser in das Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) integriert ist und zwei Methoden zur Energiekorrektur bereitstellt. Zusätzlich wurde der Closed-Orbit Bilinear-Exponential Analysis-Algorithmus (COBEA-Algorithmus) verallgemeinert, um Linearkombinationen von Orbitkorrekturmatrizen, genannt Response Sets, als Eingangsdaten zu akzeptieren. Das ermöglicht dem neuen Reponse Set Fit Algorithm (RSFA) die gekoppelten Betafunktionen und Betatronphasenvorschübe sowie die skalierte Dispersion aus einem Satz Orbitkorrekturdaten zu extrahieren. Würde der Algorithmus mit der langsamen Orbitkorrektur in einem Online-Fitansatz integriert, könnten nicht-invasive Messungen der genannten optischen Funktionen durchgeführt werden. Das neue Orbitkorrekturprogramm und der RSFA werden beschrieben und aufgrund von Simulationen sowie experimenteller Studien evaluiert.
Description
Table of contents
Keywords
Orbit correction, Storage ring, Fit, Orbit response, Optical function, Twiss parameter