Układy Virtex i Spartan w systemach kompensacji sił Lorentza w akceleratorach

Artykuł opisuje system sterujący czterdziestoma torami kompensującymi w akceleratorze FLASH. System zbudowano w oparciu o układy z rodziny Virtex i Spartan firmy Xilinx. W układach reprogramowalnych zaimplementowano niezbędne algorytmy sterowania. System kompensacji został wykorzystany do wspierania wybranych eksperymentów wysokich energii. Przedstawione wyniki pokazują poprawność przyjętych rozwiązań. Uzyskane rezultaty pozwoliły na obniżenie mocy dostarczanej do akceleratora rzędu 0,5 MW.

During pulse operation of a linear accelerator (LINAC), cavities are Lorentz force detuned from its main resonance frequency of 1.3 GHz. The detuned cavities need more radio frequency (RF) control efforts to achieve the desired Free Electron Laser (FEL) parameters. Fast frequency tuners based on piezoelectric elements are commonly used for compensation of cavity detuning. The piezo control system specification and its prototype design are presented in RUC 2008 [2]. The achieved results allow designing a completely new system dedicated for a FLASH accelerator (see Fig. 1). The system digital part was designed with use of FPGA devices of Virtex and Spartan families. The control algorithms were implemented inside FPGA ( Fig. 4). Correction signals generated by the digital system are converted by DAC units and next used to drive piezoelectric actua-tors with dedicated power amplifiers. This paper presents the Lorentz force detuning compensation system used to control forty cavities equipped with fast frequency tuners for the Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) FLASH accelerator. The obtained results show the correctness of the chosen solutions. The applied compensation allow decreasing RF control power of 0.5 MW together with significant increase in the accelerating field gradient (Fig. 6).