Estado del diseño del digitalizador BPM uTCA para la Fase II de SARAF

Problema que resolvemos: Uno de los sistemas de monitoreo más críticos de cualquier acelerador de partículas es el BPM (Monitor de posición de haz). La función de un BPM es proporcionar información sobre la posición, fase y corriente del haz a lo largo de la línea del acelerador.

Por qué es importante: El CEA Saclay debe proporcionar todos los sistemas de diagnóstico de haz para el SARAF-LINAC FASE II, en particular los BPM. Basándose en las especificaciones técnicas del CEA, SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE SPAIN S.L.U. es la encargada del diseño, desarrollo, fabricación y ensayo del sistema electrónico. Una versión preliminar de este sistema ya ha sido instalada en el acelerador SARAF en Israel a principios de 2022, y los primeros resultados son los que presentamos aquí.

Cómo lo solucionamos:
Nuestro sistema digital de monitorización de posición de haz (BPM, por sus siglas en inglés) basado en tecnología uTCA proporciona una medición precisa de la posición del haz en el plano XY definido por la sección de las cavidades aceleradoras. Desempeña un papel crucial en la puesta en marcha y operación de las cavidades que componen cualquier acelerador de partículas. Además de la posición, gracias al sistema BPM se pueden medir con éxito la dispersión y la corriente del haz, así como el tiempo de vuelo (TOF). Nuestra solución se adapta a las necesidades del cliente y aprovecha al máximo nuestra experiencia en equipos BPM PCIe-S que trabajan con las tecnologías de crate más avanzadas.

Arquitectura de software:

La solución incluye un sistema de control, EPICS integrado dentro del hardware, que es capaz de controlar hasta dos sensores BPM y 8 señales de RF. Mediante el uso de un SoC, las comunicaciones entre la FPGA y el PS son muy rápidas y sencillas. Además, se utiliza un puerto Ethernet para la comunicación entre el IOC de EPICS y el exterior, permitiendo un fácil acceso a través de una interfaz de usuario.

EPICS como sistema de control (asynPortDriver, bases de datos, PV, autoguardado…)

Bibliotecas integradas para comunicación FPGA/ARM (basadas en AXI)

2 IOC de BPM con funcionalidad completa

Rendimiento del sistema medido:

Precisión en posición y fase a 176 MHz

<de -75 a -65 dBm para posición fina y fase promediada con un tiempo de respuesta de 60 µs

Puesta en marcha del haz

Los BPM han sido una herramienta fundamental en la fase de puesta en marcha; se han utilizado para la estimación de la energía del haz después de cada re-agrupador (RB) mediante la medición de la diferencia de ToF entre dos BPM aguas abajo

Además…

– Rango dinámico: [-75, 0] dBm

– Precisión de posición < 25 µm

– Precisión de fase < 0,1°

– Alarmas de posición, fase y corriente con tiempo de respuesta de< 2 µs.

– Precisión de posición < 250 µm.

– Precisión de fase < 1°

*Estos rendimientos se dan en el peor de los casos, cuando se reciben señales a -75 dBm.

Por qué elegirnos: Safran colabora en numerosos desafíos innovadores en todo el mundo, proporcionando soluciones de primera clase y altamente innovadoras para las instalaciones científicas más exigentes. Somos ampliamente reconocidos como líder mundial en transferencia de tiempo y distribución de frecuencia con precisión subnanosegunda, además de contar con una gran experiencia en sistemas de control avanzados para aceleradores de partículas.