Le LINAC HELIOS Hundred Me V Electron Linac

Le LINAC HELIOS Hundred Me. V Electron Linac Injector Of SOLEIL - Où est le Linac dans SOLEIL ? - Les différents éléments du Linac - Son installation - Le Commissioning B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 1

Le Linac dans SOLEIL HELIOS 15 m de long E < 150 Me. V B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 2

Composants du Linac Mûr de radioprotection Réseau RF Modulateur Klystron 90 ke. V Canon à électrons Klystron TH 2100 35 MW Cleaner 15 Me. V Groupeur Sortie Linac : 100 à 150 Me. V 8 n. C, 10 Hz 2 x 50 Me. V Section accélératrice B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 3

Linac : Machine clé en main • Juin 2002 : Appel d’offre. • Septembre 2002 : Signature du contrat avec THALES communication. • Juillet 2003 : Fin de l’étude commune SOLEIL + THALES. Dossier final de conception approuvé par SOLEIL (référence du Linac). • Simulation du faisceau • Fabrication en usine des différents éléments B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 4

Caractéristiques du faisceau Dispersion d’énergie < 1. 5 % Emittance normalisée < 200 mm mrad Taux de répétition : 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour tests linac Mode CPM • Pulse continu durant 300 ns Mode LPM • Pulses de 1. 4 ns à 352 MHz durant 500 ns (296 ns pour injection booster) • Macro pulse : courant moyen 30 m. A • Macro pulse : charge totale 8 n. C (296 ns, 27 m. A) Mode SPM • 1, 2, 3 or 4 pulses de 2 ns FWHM • courant pulsé 250 m. A (0. 5 n. C) B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 5

Canon • Une triode à émission thermoïonique : 90 k. V • 2 pompes ioniques (65 l/s) : P<10 -9 mbar • Taux de répétition : 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour essais Linac Cathode = 8 mm Grill e Cabine HT Cage de protection à la masse Bride Câble HT Transfo. d’isolemen t (-150 k. V) Cathode EIMAC Y-845, montée sur bride. Surface d’émission : 0. 5 cm², 2 A max. Alim. -100 k. V Canon à l’intérieur de sa céramique Modulateur canon B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 6

Cleaner (filtre le faisceau en mode SPM) Déflecteur extrêmement rapide : élimine le faisceau parasite provenant du canon entre deux pulses courts et coupe les ailes. Coaxial Fenêtre de 2 ns feed-through Utilisation d’un collimateur circulaire : le faisceau parasite de 90 ke. V est défléchi par une tension de 700 V DC. De 0 à 700 V en 2 ns Collimateur circulaire = 6 mm Faisceau défléchi avec 700 V DC Distribution transverse au collimateur pour un courant de 0. 1 à 1 m. A de courant parasite B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 7

Prégroupeur et groupeur GROUPEUR CAVITE DE PREGROUPEMENT mode TM 010 (3 GHz) Forme circulaire : éviter le multipactor Modulation sinusoidale ± 10 k. V avec 80 W Fréquence : 2998. 300 MHz à 37. 5°C Structure à onde stationnaire mode pi/2 E=15 Me. V pour P= 5 MW Fréquence: 2998. 300 MHz à 37. 5°C Pompe ionique (100 l/s) : P<10 -8 mbar Cavité de prégroupement avant brasage 1 mètre de long, 15 Me. V ± 10 k. V P= 80 W 5 MW Guide d’onde entrée RF Solénoïde groupeur 2000 Gauss Cavity TM 010 Beam axis Champ électrique (SUPERFISH) B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 8

SECTIONS ACCELERATRICES (2 installées sur le Linac et la troisième en rechange) Proviennent du LIL (Linac Injector of LEP) au CERN RF output RF input • Structure à onde progressive : 4. 5 m de long, mode 2 /3 • Champ moyen : 10 à 15 MV/m • Gain d’énergie sans faisceau : 60 Me. V pour 15 MW de puissance RF • Temps de remplissage: 1. 35 s • Fréquence : 2998. 300 MHz à 35°C • 2 pompes ioniques (100 l/s) : P<10 -8 mbar B. POTTIN Beam input ROSCOFF 10 octobre 2005 9

Eléments magnétiques Contrôle-commande Interface Lab. VIEW Eléments Magnetiques 6 PC: 4 dans le hall RF 1 dans la salle de contrôle Linac (SDCL) 1 dans la salle de contrôle SOLEIL (SDCS) Lentille Champ sur l’axe : 870 Gauss Lentille de Glaser Champ sur l’axe : 3800 Gauss PC SDCL : Superviseur local 1. (accès à tous les réglages) 2. PC SDCS : Superviseur général Linac 1. (accès limité aux réglages : utilisateurs) 3. PC Mod 1: Contrôle local modulateur 1 4. PC Mod 2: Contrôle local modulateur 2 5. PCGun : Contrôle local canon 6. PC Aux : Contrôle local autres éléments SDCS SDCL 1. (fluides, vide…) General Linac supervisor Triplet Gradient: 6. 5 T/m B. POTTIN 1. Local Linac supervisor Mod 1 Gun Local gun control Local modulator 1 control HUB Aux Mod 2 Local other elements control Local modulator 2 control ROSCOFF 10 octobre 2005 10

Système hydraulique Le Linac possède sa propre station de refroidissement à partir des 2 réseaux SOLEIL (21°C et 30°C) Deux fonctions différentes : q Le refroidissement des différents éléments de puissance (Klystrons, éléments magnétiques, les alimentations et les charges RF) q La régulation de température des différentes structures HF température (prégroupeur, sections) Stabilité de la température de l’eau < ± 0. 1°C entre 33 et 39°C Trois réseaux distinctes stabilisés : 1. Le prégroupeur et groupeur 2. La première section 3. La seconde section B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 11

Modulateurs et klystrons Sources de puissance RF: 2 klystrons TH 2100 (THALES) 35 MW max. K 1 : 5 MW vers le groupeur 12 MW vers la première section Fonctionne à 25 MW K 2 : 12 MW vers la deuxième section Fonctionne à 20 MW Chaque klystron est sous - exploité : un aspect de la fiabilité Un klystron avec sa cuve d’huile et son focalisateur avant d’installer les protections de plomb. Ligne à retard et Thyratron B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 12

Fiabilité : Mode secours Lorsqu’il est nécessaire de changer un klystron (K 1 ou K 2), un système de double switch HF (SW 1, SW 2) sur le réseau HF, permet de toujours injecter de la puissance HF (avec K 1 ou K 2) dans la tête de machine (groupeur et section 1). Dans ce cas, le Linac fourni un faisceau de 70 Me. V qui peut être injecté dans le booster. ----- Normal operation K 2 K 1 ----- Rescue operation SW 1 Buncher B. POTTIN SW 2 S 1 S 2 ROSCOFF 10 octobre 2005 13

Construction des bâtiments Janvier 2004: Début de la construction des bâtiments Septembre 2004: Les locaux du Linac sont prêt pour l’installation RF hall Tunnel Octobre 2004: 2004 Début de l’installation du Linac B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 14

Installation du Linac: Système hydraulique (11/10/04 15/11/04: 1 mois) • Arrivée de la tuyauterie • Mise en forme du réseau hydraulique (Hall RF et tunnel) : découpe et soudure sur place • Arrivée de l’unité de refroidissement RF hall B. POTTIN Tunnel ROSCOFF 10 octobre 2005 15

Installation du Linac: Ligne de faisceau (22/11/04 06/12/04 (alignement)): 3 semaines Première livraison : La ligne de faisceau arrive! Un jour de manutention avec: • • Section 1 Section 2 Differentes poutres Prégroupeur Groupeur Eléments magnétiques Diagnostics (FCT, écrans de position) • Eléments RF L’alignement a été fait juste après l’installation B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 16

Installation du Linac : Sources RF 6/12/04 21/12/04: 2 semaines • Seconde livraison: Les sources RF – Klystrons avec cuves à huile et focalisateurs – Modulateurs – Différentes baies Après 1 semaine : Le hall RF est prêt pour l’installation des klystrons B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 17

Installation du Linac : Sources RF 6/12/04 21/12/04: 2 semaines Installation des klystrons avec leur focalisateur en un jour B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 18

Installation du Linac : Réseau RF 6/12/04 21/12/04: 2 semaines Le réseau RF est presque terminé. THALES a attendu la fin de l’installation pour déterminer la bonne longueur des transitions des guides d’onde. B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 19

Installation du Linac Fin janvier 2005 : Après ~ 3 mois En accord avec le planning de THALES Le Linac est prêt pour démarrer les tests. B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 20

Tests du Linac Nous devons avoir l’autorisation officielle de la DGSNR pour mettre de la puissance RF dans l’installation • Avril 2005: Nous obtenons l’autorisation • Nouveau planning de THALES en accord avec ses sous-traitants • Le réseau fluide (30°C) a été obtenu à la mi avril Les tests du Linac par THALES, avec puissance RF, ont démarré en mai B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 21

Tests du Linac : Les premiers essais • Système hydraulique • Réseau fluide testé: OK • Un problème avec une charge RF (fuite d’eau) => changée • Commande contrôle: OK • Commande contrôle • Tout le Linac est contrôlé du poste de commande Linac • Klystrons: Test avec une charge RF • Mesures de radioprotection: OK • K 1 et K 2 validé B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 22

Formation du groupeur en ½ s !!!! • Premier tests: 3 MW de RF durant quelques heures • Effet multipactor apparu : la RF ne rentre plus • Analyse endoscopique faite : aucune irrégularité présente • Reprise de la RF : Démarrage à bas niveau, le seuil fut passer : La RF rentre de nouveau • « Une cavité se forme avec de longue période de RF » : 8 h; 6 h; 8 h à 1 Hz 5 h à 3 Hz (impulsions de 4µs) B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 23

Les autres structures RF • Prégroupeur : (simple cavité) Nouvelle cavité aucun problème • Sections accélératrices : (onde progressive) Déjà vue de la RF B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 24

Diagnostics faisceau • Le long du Linac (15 m): – 5 FCT: analyse transmission – 3 écrans de position B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 25

LINAC : Interface de contrôle général Lab. VIEW B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 26

Diagnostics faisceau Le long de LT 1 (16 m): - 1 FCT: analyse transmission - 3 écrans de position - 2 MC: mesure de la charge - Fente d’analyse: mesure de l’énergie - Mesure d’émittance (ligne directe) B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 MC 2 27

LT 1 : Interface de contrôle général Global. Screen M-A. Tordeux B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 28

Premier faisceau: 2 juillet Faisabilité du premier faisceau 100 Me. V Mesure de radioprotection : Test en semaine Poste de commande Local B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 29

Premier faisceau: 2 juillet Faisabilité du premier faisceau 100 Me. V Mesure de radioprotection : Test en semaine Le cœur du Linac bat! B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 30

COMMISSIONING (en cours) 2 parties distinctes: 2 parties distinctes – Réception technique du Linac: • • • Hydraulique (Régulation, stabilité) Sources RF (Puissance, radioprotection, stabilité) Réseau RF (Etanchéité, puissance) Canon (Mode CPM, LPM, SPM) Diagnostics (FCT, écrans de positions) … – Dynamique de faisceau avec LT 1 B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 31

Mesures faisceau : Mesure d’énergie (avec la fente d’analyse) M-A. Tordeux Faisceau 66 Me. V Faisceau 110 Me. V B. POTTIN Interface de la mesure d’énergie ROSCOFF 10 octobre 2005 32

Mesures faisceau : Mesure d’émittance M-A. Tordeux Réglages de la mesure des trois gradients Profil de l’image Représentation elliptique Calcul paramètres de Twiss Analyse des gradients Exemple du système optique de la mesure d’émittance B. POTTIN Interface de la mesure d’émittance ROSCOFF 10 octobre 2005 33

Mesures faisceau • Faisceau à 66 Me. V (sans S 2) en mode CPM en Me. V charge réduite 1 n. C (16 m. A, 70 ns) pour minimiser le beam loading • Calage de la HF avec le déphasage groupeurdéphasage section 1: 15 Me. V (groupeur) et 51 Me. V (S 1) • Variation de température des structures RF température • Variation puissance HF puissance • Faisceau 100 Me. V avec S 2 • Faisceau LPM pour injection booster B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 34

Ce qu’il reste à faire ! • • • Faisceau à 8 n. C Faisceau SPM: calage du cleaner Mesure d’émittance Mode dégradé Réception du faisceau aux différents modes Réception finale du Linac par SOLEIL fin octobre B. POTTIN ROSCOFF 10 octobre 2005 35