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Journées accélérateurs Roscoff 2013. Cryomodules A et B SPIRAL 2 . Pierre BOSLAND (CEA/DSM/IRFU) Guillaume OLRY (CNRS/IN2P3/IPN ORSAY) Yolanda GOMEZ-MARTINEZ (CNRS/LPSC Grenoble) R. Ferdinand, P.E. Bernaudin (GANIL) Pour les équipes cryomodules A and B . Configuration de l’accélérateur. - PowerPoint PPT Presentation
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Cryomodules A et B SPIRAL 2
Pierre BOSLAND (CEA/DSM/IRFU)Guillaume OLRY (CNRS/IN2P3/IPN ORSAY)
Yolanda GOMEZ-MARTINEZ (CNRS/LPSC Grenoble)R. Ferdinand, P.E. Bernaudin (GANIL)
Pour les équipes cryomodules A and B
1
Journées accélérateursRoscoff 2013
Configuration de l’accélérateur
Particules H+ 3He2+ D+ IonsQ/A 1 2/3 1/2 1/3 1/6
I (mA) max. 5 5 5 1 1WO max. (MeV/A) 33 24 20 15 9
CW max. beam power
(KW)165 180 200 44 48
Longueur totale: 65 m (hors lignes HE)Slow (LEBT) and Fast Chopper (MEBT)RFQ (1/1, 1/2, 1/3) & 3 re-bunchers12 QWR beta 0.07 (12 cryomodules)14 (+2) QWR beta 0.12 (7+1 cryomodules)1.1 kW liquéfacteur hélium (4.5 K)Quadrupoles à temperature ambianteAmplificateurs RF à l’Etat Solide (10 & 20 KW)6.5 MV/m max Eacc = Vacc/(βoptλ) with Vacc=∫ Ez(z)eiωz/cdz.
L32 m
Beta 0.07 energy section Beta 0.12 energy section
Le LINAC Supraconducteur
lattice
1190 mm
lattice
1940 mm
Cryomodule A Cryomodule B Power coupler
IRFU Saclay IPN Orsay LPSC Grenoble
Cryomodule A B
Valve-to-valve length [mm] 610 1360
# cavities 12 14
f [MHz] 88.05 88.05
opt 0.07 0.12
Epk/Ea 5.36 4.76
Bpk/Ea [mT/MV/m] 8.70 9.35
r/Q [] 599 515
Vacc @ 6.5 MV/m & opt 1.55 2.66
Lacc [m] 0.24 0.41
Beam tube [mm] 38 44
LINAC – CMA =0,07
Le cryomodule A
connections cryogéniques
Écran magnétiqueµmétal plaqué sur l’enceinte
Écran thermique 60K
Système d’accord
Enceinte à vide
610 mm
Vannes faisceau (tout méta)l
Manteau de superinsolant
Specifications:• Vides séparés• Pertes cryo statiques < 11 W • Pertes dynamiques < 10 W
par cavity à Eacc 6.5 MV/m
Design de la cavité A
Cavité en niobium massif
Fond démontable(en cuivre)
Joint indium
Pcav < 10 W @ 6.5 MV/mPCu ~ 1.5 W @ 6.5 MV/m
Système d’accord en fréquence
Tank hélium en acier inoxydable
f [MHz] 88.05opt 0.07
Epk/Eacc 5.36Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 8.70
r/Q [] 599Vacc @ 6.5 MV/m & opt 1.55
Lacc [m] 0.24Beam tube [mm] 38
Design de la cavité A
Bloc cuivre thermosiphon à 4K
Tresses et leur support fixés sur le haut de la manchette du
coupleur
Tresses de thermalisation de la manchette reliées à l’écran
cuivre à 60K
Fond de la cavité supraconductrice
300K
4K
Coupleur de puissance
Refroidissement du fond de la cavité par un bloc de cuivre équipé d’un système de thermosiphon
et tresses
Conditionnement RF du coupleur
• Conditionnement RF du coupleur nécessaire• Etape 1: conditionnement à 300K jusqu’à 10kW, cw (1h)• Etape 2: conditionnement à 4.5k, cavité désaccordée• Etape 3: cavité accordée – montée en champ
– Jusqu’à 4 MV/m en mode continu, en général limité par des quench dus à l’émission électronique– Poursuite du conditionnement en mode pulsé à 50Hz– Cycle utile limité pour conserver une consommation cryogénique mesurée (15 to 30%) – Augmentation progressive de Pi jusqu’à Pmax (8-10kW), et Eacc de 8 to 10MV/m
Pi : 3kW
Pt : 8MV/m
RX
Decreasing 2ms /6db
Status des CMA
Unit Specs CMA4 CMA6 CMA7 CMA2 CMA3 CMA5 CMA9Max. acc. Gradient MV/m >6.5 8,8 8,3 9 9,1 7,95 9,1 8,44Total losses @4K, 6.5MV/m W <20.5 20,8 11,4 11,8 15,56 17,9 11,3 12,6Static losses @4K W <8.5W 6,5 3,98 4,1 3,11 4,34 3,6 4,47Pressure sensitivity Hz/mbar <5 -1,58 -1,32 -1,45 -1,31 -1,08 -1,22 -1,24Beam vacuum leaks mbar.l/s <5e-10 9,5E-10 < 1e-10 < 1e-10 < 1e-10 < 1e-10 <1e-10 <1e-10Cavity alignment mm 1,3 0,52 0,4 0,48 1,46 0,4
12 cavités qualifiéesZANON & SDMS
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Q0
Eacc (MV/m)
AZ1
AZ2
AS3
AZ4
AS7
AS9
AZ10
AS11
AZ12
AS13
Lacc = βî l = 0.24mQWR A (=0.07)
8 cryomodules assemblés7 testés
IS0 551,85 m2
IS0 726,1 m2
High Pressure Rinsing HPR
Arrêt de la production des CMA en 2013Construction d’une nouvelle salle blanche à Saclay
Occupation de la salle blanche pour la production des cryomodules XFEL
Reprise des activités pour finir les 4 derniers CMA: janvier 2014
LINAC – CMB = 0.12
12
Cryomodule BCircuits cryogeniques
Cryostathelium buffer
Axe faisceau
Coupleurs de puissance
Vanne faisceau
CTS etplongeur
Écran thermique
Blindage magnétique
Specifications:
• Separate vacuum• Alignment from outside• Static losses < 11 W • Dynamic losses < 10 W
per cavity for Eacc 6.5 MV/m
13
Cavité haut bétaf [MHz] 88.05
opt 0.12Epk/Eacc 4.76
Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 9.35r/Q [] 515
Vacc @ 6.5 MV/m & opt 2.66Lacc [m] 0.41
Beam tube [mm] 44
• Fond soudé• Tank LHe en titane• Système d’accord
basé sur un plongeur
Système d’accord
Cavity frequency
Motor driveChange of direction
Problème d’“hystérésis negatif” dû à la mécanique.Ce problème est résolu.
CMB
Etuvage des cavités
15
1.E+08
1.E+09
1.E+10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Q0
Eacc (MV/m)
MB04 avant étuvage
MB04 après étuvage8.4 W
3.7 W
Lacc = β l = 0.41 m
2 jours à 110°C
16
CMB status• Cavités :
– Les 16 cavités ont toutes été qualifiées sans et avec plongeur
• Cryostats :– Trois cryomodules qualifiés aux spécifications RF, vide et pertes
cryogeniques. Mais 1 cryomodule nécessite un réalignement.– 1 cryomodule a été livré au GANIL– Le deuxième cryomodule sera livré en octobre– L’ensemble des cryomodules B sera livré au GANIL avant septembre 2014
Unit SpecsMax. acc. Gradient MV/m > 6.5 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0Total losses @4K, 6.5MV/m W < 36.0Static losses @4k W <12.5Pressure sensitivity Hz/mbar < 8.0 5,7 5,1 5,3 5 5,2 4,5Beam vacuum mbar < 5.0e-7 < 6.0e-8 < 6.0e-8 <5.0e-8Beam vacuum leaks mbar.l/s < 5e-10Cavity alignment mm 1,2 0,16 0,34 0,88 2,54 0,24 0,38
CMB3
2719
< 5e-11< 1e-10 < 1e-10
17 18
CMB1 CMB2
29,5 32
LINAC Power coupler
Coupleurs de puissance RF
• Qualifiés jusqu’à 40kW CW en traveling wave
• 20 ont été conditionnés jusqu’à 20kW CW en standing wave (circuit ouverts)
• Durée de conditionnement: < 1 heure• Planning: fin des conditionnement de
tous les coupleurs avant Noël 2013
18
19
Les coupleurs
Antenne creuse
Fenêtre céramique (sans TiN)
• Identiques pour les cavités bas et haut béta
• Les Qext 5.5 105 (CMA)et 1.0 106 (CMB), sont obtenus enajustant la pénétration de l’antenne
Pickup électrons
Port de pompage
Circuit de refroidissement de la
céramique (air)
Champ électrique en bout d’antenne du coupleur
E atteint12 MV/m (CMA) à l’extrémité de l’antenn au champ nominal (accelerating gap area around 37 MV/m) Pertes statiques + dynamiques 1.0 à 1.5 W (calculé et mesuré) Pas de multipactor au delà de 150 W de puissance incidente
HPR rinsing and beam vacuum
sealing in ISO 4 clean rooms
Assemblage et préparation des Cryomodules
Comptage systématique des poussières
des pièces montées sur les
cavités
(Coupleur preparé dans la salle blanche du LPSC
Cryomodules A: pas de HPR après le tests en CV et
l’assemblage du CM (remise à PA lente avec N2 filtré)
Test de transport
1 CMA:• Transport Saclay –
Caen• déchargement à Caen• Transport Caen –
Saclay• Tests de qualification
complets à Saclay
Résultat: le transport n’a réduit les performances du cryomodule et de la cavité.
Transport du 1er CMB livré au GANIL
7 CMA et 2 CMB prêts pour leur installation sur l’accélérateur
1 cryomodule B déjà livré au GANIL
Livraison des derniers cryomodules prévue en septembre 2014
Début d’installation sur le LINAC: janvier 2014
LINAC supraconducteur à 4 k avant la fin de l’année prochaine
Conclusions
Merci pour votre attention