Ilia ASPARUHOV

J’ai étudié divers axes majeurs de la physique des ondulateurs liés à la conception et à la modélisation d’un dispositif d’ondulateur staggered à petite période variable. Ces axes sont l’optimisation magnétostatique, la dynamique du faisceau d’électrons et le rayonnement synchrotron, avec des outils de simulation et de calcul dédiés et établis sur le terrain déployés sur différents environnements et plates-formes (Windows/Linux, local/cluster). J’ai aussi documenté mon travail en interne et l’ai présenté à des conférences internationales renommées.

La réalisation des objectifs fixés par mon projet de thèse a exigé une connaissance plus ou moins détaillée de multiples outils, dont certains sont liés les uns aux autres, utilisés dans les groupes IDM et Beam Dynamics de l’ESRF pour aborder les aspects liés à la modélisation, à la simulation et à l’optimisation la performance des paramètres de l’onduleur. Ces outils comprennent principalement, mais pas exclusivement, des paquets logiciels interfacés dans le langage de programmation Python tels que le code magnétostatique RADIA 3D pour la modélisation de l’élément d’insertion, son dimensionnement, l’optimisation du champ crête de celui-ci en fonction des paramètres structurels ou opérationnels et l’impact des erreurs de fabrication de la bobine solénoïdale sur la qualité du champ. Un autre logiciel de cette catégorie que j’ai été amené à exploiter a été SRW (Synchrotron Radiation Workshop) pour la caractérisation du rayonnement produit par les onduleurs constitutifs de l’assemblage staggered multi-périodes à partir des données de champ magnétique obtenues avec Radia 3D.

De plus, j’ai exploité le logiciel B2E (développé en interne par le groupe IDM de l’ESRF) pour le traitement des données de champ magnétique en vue de la caractérisation des erreurs de phase de celui-ci ainsi que MADX (Methodical Accelerator Design X) et AT (Accelerator Toolbox) pour les simulations de la maille magnétique de l’anneau de stockage EBS dans l’étude de l’intégration solénoïdale pour la bobine de l’assemblage staggered dans l’anneau.

Au cours de recherches bibliographiques liées à mon travail, j’ai eu la chance d’acquérir des connaissances dans de nombreux sujets scientifiques et techniques tels que les onduleurs à période variable, les onduleurs à gap adaptatif segmenté, les onduleurs hybrides staggered et les domaines techniques connexes tels que les matériaux à aimants permanents, les technologies filamentaires supraconductrices à basse/haute température (L/HTS) et en bloc (Bulk HTS) appliquées aux aimants d’accélérateurs et autres.

Présenté comme candidat d'élément d’insertion avec des avantages potentiels de simplicité structurelle, facilité de fabrication et une perspective de réalisation d’onduleur de basse période, l’onduleur staggered a été étudié et mis en œuvre dans des lasers à électrons libres au début des années 90, mais jamais dans des sources lumineuses d’anneau de stockage. Cela a été principalement attribué à la crainte d’une éventuelle perturbation de la part du solénoïde sur les paramètres régissant le stockage stable du faisceau dans l’anneau, bien que depuis cette époque, certaines études aient été effectuées sur des dispositifs inclusifs de solénoïdes installés dans des anneaux de stockage, y compris de tels considérés pour le rôle composant d’onduleur staggered.

Avec l’avènement des sources de lumière synchrotron à ultra-faible émittance de 4ième génération mené par l’EBS (Extremely Brilliant Light Source pour Source Extrêmement Brillante) de l’ESRF, l’étude de l’intégrabilité d’un solénoïde supraconducteur jusqu’à des valeurs de champ élevées aux alentours de 10 T a fait partie de mon travail de thèse. En plus de ce sujet centré sur la dynamique du faisceau, j’ai entrepris des études magnétostatiques et électromagnétiques visant à concevoir un modèle d’onduleur qui implémente la variation de période par incrément de période discrète pour la réalisation d’un intervalle de réglage du dispositif étendu et continu en énergie de première harmonique de haute énergie avec des prévisions de production de flux de rayonnement supérieur à celui d’onduleurs hybrides et purs à aimants permanents à courte période actuellement utilisés en service régulier à l’ESRF. Ceci est rendu possible grâce à une conjugaison magnétique et radiative précise de multiples arrangements polaires d’onduleurs staggered de période distincte disposés de manière voisine le long de la direction horizontale dans l’ouverture du solénoïde de manière a constitué un assemblage multi-périodes d’arrangements polaires (onduleurs) staggered.

Le modèle conceptuel proposé pour un ondulateur staggered multi-périodes comprend alors en résumé deux composants principaux d’un point de vue du fonctionnement du dispositif : un solénoïde supraconducteur de longueur de 2.5 m et un assemblage translatable en horizontal d’arrangements staggered de pôles rectangulaires en matériau ferromagnétique doux de longueur de 2 m incorporé dans le bore du solénoïde. L’ondulateur staggered multi-périodes ainsi constitué serait installé centré dans une section droite de longueur de 5 m disponible dans l’anneau de stockage EBS. Pour la gamme de période accessible pour opération de la part du dispositif, l’accent est mis sur les valeurs à courte période dans la plage de 8 mm à 16 mm pour des énergies harmoniques fondamentales élevées résultantes. L’intervalle approximatif attendu d’énergie de rayonnement fondamentale sur l’axe pour l’intervalle de période susmentionné est de 11 keV à 42 keV.

Modéliser le champ magnétique généré par un ondulateur inséré dans un solénoïde et décrire les trajectoires d’électrons dans ce champ.

Microscopie électronique in situ chauffante dédiée à l’étude en résolution atomique de la structure du Co3O4.