CRYOMODULE POUR ACCLRATEUR HAUTE INTENSIT IFMIF N BAZIN
CRYOMODULE POUR ACCÉLÉRATEUR HAUTE INTENSITÉ IFMIF N. BAZIN www. cea. fr 15 SEPTEMBRE 2020 CEA | 10 AVRIL 2012 | PAGE 1
LE PROJET IFMIF Objectif: produire un flux de neutrons (1018 n. m-2. s-1) à 14 Me. V q Deux accélérateurs en parallèle de 5 MW chacun q Faisceau de deutons : 125 m. A, CW, 40 Me. V 1 ere phase: EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities) Démontrer la faisabilité de l’accélérateur et de la cible lithium. 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 2
LINEAR IFMIF PROTOTYPE ACCELERATOR 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 3
LIPAC LAYOUT @ ROKKASHO Rokkasho 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 4
SRF LINAC: SPÉCIFICATIONS Objectif : accélérer le faisceau de deutons de 125 m. A de 5 Me. V à 9 Me. V § § Main Components Target Values of complete Cryomodule 8 sc Half Wave Resonators Frequency 175 MHz • operating temperature 4. 45 K value of the HWR 0. 094 • Epk/Eacc < 5 Accelerating field Ea 4. 5 MV/m • Bpk/Eacc < 12 m. T/MV/m Unloaded Quality factor Q 0 for 1. 4× 109 8 RF power couplers Rs=20 n at nominal field • CW operation Beam aperture HWR/SP 40 / 50 mm • vertical position Freq. range of HWR tuning syst 60 k. Hz • one room temp. window Freq. Resolution of tuners 200 Hz • Transm. Lines for LIPAc Coax. 6’’ 1/8 Max. transmitted RF power by 70 k. W 8 Superconducting Solenoid Packages coupler in CW (for LIPAc) • focusing solenoid with shielding Max. reflected RF power in CW 20 k. W • H&V steerers External quality factor Qex 6. 3× 104 • cold BPM with 4 electrostatic sensors Magnetic field B on axis max. 6 T z • overall length limited to 400 mm B. dl on axis 1 T. m Cryostat Field at cavity flange 20 m. T • supports, alignment • thermal shields & cryogenic distribution CBPM position meas. Accuracy 0. 25 mm • magnetic shielding CBPM phase meas. accuracy 2 deg • Vacuum tank | PAGE 5 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN Total Static/Dynamic Heat losses 18 / 120 W • Instrumentation
CAVITÉ ET SYSTÈME D’ACCORD (1) Design original : système d’accord en fréquence par plongeur capacitif Flexible Membrane LHe inlet and outlet Step Motor Screw Lever arm F. Orsini, Roscoff 2009 HWR Plunger FE onset Avec plongeur 15 SEPTEMBRE 2020 Sans plongeur Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN N. Bazin, SRF 2013 | PAGE 6
CAVITÉ ET SYSTÈME D’ACCORD (2) Cavités de série : système d’accord en fréquence par déformation élastique de la cavité q Accord de la cavité en compression seulement q Système de désengagement q Force nécessaire : 8000 N sur chaque nez pour 0, 3 mm de déplacement, correspondant à un « détuning » de -78 k. Hz 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 7
COUPLEURS DE PUISSANCE (1) Ø Ø Target maximum RF power 200 k. W CW (175 MHz) Ø 3 independent water cooling systems for : antenna, LIPAc RF power: 70 k. W CW ceramic & “T” Ø Diagnostics: light, electrons and vacuum Room temperature window measurements Cold part actively cooled by GHe H. Jenhani, SRF 2013 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 8
COUPLEURS DE PUISSANCE (2) Préparation @ CEA Saclay 15 SEPTEMBRE 2020 Conditionnement RF @ CIEMAT Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 9
SOLENOID PACKAGE (1) Développé par CIEMAT Spécifications Integrated on-axis field (solenoid) 1 T∙m Integrated gradient (per quadrupole) 5 T Steerers field 3. 5 m. T∙m Aperture diameter 50 mm Flange-to-flange length 400 mm Fringe field at the cavity flange (cold) 20 m. T 4. 45 K Working temperature Concept : solénoïde avec blindage actif Design mécanique S. Sanz, IPAC 2010 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 10
SOLENOID PACKAGE (2) Prototypage Outer SC solenoid Inner superconducting solenoid Steerer coils in support structure Steerer coil with support plate Résultats des tests § Pas de quench observé pour les steerers § Quench à 240 A pour les solénoïdes (Inominal = 210 A) 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN Magnetic field measurement along the axis | PAGE 11
CRYOMODULE 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 12
DESIGN: CONTRAINTES q Dynamique faisceau : multiples composants dans un espace restreint 400 mm 280 mm q Alignement ± 1 mm and ± 10 mrad around the beam axis for SP ± 2 mm and ± 20 mrad around the beam axis for cavities 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 13
CADRE SUPPORT Cavity fixed point on the invar rod Titanium rods q Masse froide supportée par un cadre en acier inoxydable q Eléments montés sur le cadre en salle blanche q Barres d’invar pour contrôler la positon des éléments sur l’axe faisceau q Point fixe au centre du module q Eléments montés sur des supports glissants (identiques à XFEL) Temperature = 4 K Invar rod fixed point Invar rod Stainless steel frame Sliding attachments to manage the differential thermal deformation between invar rods and frame Thermal shrinkage = 1 mm at invar rod ends 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 14
CIRCUIT CRYOGÉNIQUE q Ecran thermique § LN 2 : risque d’activation Hélium gazeux, 50 K q Circuit hélium § Deux circuits d’alimentation indépendants § Un séparateur de phase commun en sortie § Hélium : 4, 45 K @ 0, 12 MPa § 275 l LHe, 280 l GHe § Cryogenic piping connected to cavities and solenoids Safety exhaust Current Sécurité: soupape + disque de rupture (0, 15 MPa) leads Main phase separator 15 SEPTEMBRE 2020 Ecran thermique 2 independant distribution circuits Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN 2 entry phase separators | PAGE 15 Cryogenic piping
USINE CRYOGÉNIQUE Gas Buffers Compressor Unit & Oil Removal System LN 2 tank Cold Box, Dewar, RT Valve panel Cryogenic Transfer Line, Safety & GHe lines Cryomodule 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 16
ECRAN MAGNÉTIQUE q Nécessité de blinder les cavités contre le champ magnétique terrestre q Ecran magnétique à température ambiante q Champ max : 20 m. G (2 µT) -> 1 mm min de µ-métal q Contraintes mécaniques : épaisseur 2 mm q Ecran préinstallé dans l’enceinte à vide Magnetic shield general view (Around 50 main parts) 15 SEPTEMBRE 2020 Mu-metal sheet overlaps Magnetic shield fixed inside the vacuum tank Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 17
INTÉGRATION Assemblage du train de cavités en salle blanche 15 SEPTEMBRE 2020 Assemblage de la masse froide et insertion dans l’enceinte à vide Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 18
DIAGNOSTIQUES FAISCEAU J. Marroncle (CEA) – I. Podadera (CIEMAT) q Micro Loss Monitor q Beam Loss Monitor § Chambre à ionisation (LHC type) § 8 sur l’enceinte à vide § Diamant (4 x 4 x 0. 5 m 3) § 3 sur chaque solénoïde q Cold Beam Position Monitor (CIEMAT) § Un par maille cavité / solénoïde § Type bouton (identique au LHC) § Boutons testés et validés au CERN § Prototype de CBPM caractérisé à CIEMAT Wire method test bench 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 19
RÉSUMÉ q Prototypes de cavité et de solénoïde qualifiés. Lancement de la production des éléments de série dans les prochains mois. q Conditionnement des 2 coupleurs prototype en préparation. q Design du cryomodule finalisé. Rédaction des cahiers des charges pour la réalisation des divers éléments en cours. q Intégration : scénario de référence d’assemblage en salle blanche en cours de validation par des tests avec des maquettes. 15 SEPTEMBRE 2020 Journées Accélérateurs 2013 – N. BAZIN | PAGE 20
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