P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 I P H I Injecteur de Protons Haute Intensité Prototype de la partie basse énergie pour la nouvelle génération d'accélérateurs.

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1 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 I P H I Injecteur de Protons Haute Intensité Prototype de la partie basse énergie pour la nouvelle génération d'accélérateurs forte puissance Collaboration CEA/DSM – CNRS/IN2P3 - CERN

2 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Sommaire : Schéma général, Objectifs IPHI, Présentation des sous-systèmes, État d’avancement, Le prototype chaud de DTL, Conclusion ou remarques

3 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Représentation schématique de IPHI

4 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Représentation générale 3D

5 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Accélérateurs de forte puissance pour les nouveaux projets

6 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Rappel des objectifs initiaux (1) Maîtrise des technologies et des concepts de pilotage de la nouvelle génération d'accélérateurs :  validation des codes de calcul de la dynamique de faisceau et de calcul des structures,  validation des choix technologiques : disposer de références pour les choix techniques futurs,  caractérisation précise du faisceau à 5 MeV puis 10 MeV pour optimiser toute la suite de l'accélérateur,

7 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Rappel des objectifs initiaux (2)  mise au point des méthodes de montée en puissance et de remise en fonctionnement après un incident,  mise au point et test des diagnostics qui seront utilisés pour le réglage des accélérateurs,  formation d'une équipe détentrice d'une solide expérience pour la mise au point et le réglage d'un accélérateur de puissance.

8 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Évolution du projet et objectifs supplémentaires  Limitation de l’énergie à 3 MeV  Installation au CERN à l’issue des essais à Saclay.  Tests à SACLAY puis au CERN d’une ligne « chopper » (hacheur rapide de faisceau pour l’injection dans les machines circulaires). 2008- 2009  Intégration au CERN comme injecteur du Linac 4/SPL (Superconducting Proton Linac) dont un des objectifs est d’augmenter substantiellement la luminosité du LHC (horizon 2013-2014)

9 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Principaux paramètres IPHI SourceRFQ Énergie95 keV3 MeV Intensité140 mA(total)100 mA (H + ) Puissance~ 13 kW300 kW Émittance (rms norm.) ~ 0.2 π.mm.mrad ~ 0.25 π.mm.mrad

10 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Source SILHI et Ligne Basse Energie R&D débutée en 1995, 1 ier faisceau fin 1996. SILHI est opérationnelle sur le site IPHI depuis 2003, Ensemble utilisé actuellement pour différents tests de diagnostics faisceau –Emittance GSI (dec. 2005), –Profileur GANIL (dec. 2005), –WS (janvier 2006), –Injection au travers du cône d’entrée RFQ (février 2006) Importante étude théorique et expérimentale de la compensation de charge d ’espace dans la LBE (thèse de A. Benismail : soutenue le 23 septembre 2005 à Orsay)

11 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Adaptation entrée RFQ Cette partie très compacte (20 cm) comprend un cône refroidi, un TIAC, 2 caméras CCD, une électrode de blocage des électrons Études SIS, réalisation dans l’industrie

12 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Principaux paramètres RFQ PARAMETREVALEUR Type de la structure4 pôles (Montgolfier V2.4) Fréquence (MHz)352.2 Longueur totale entrée-sortie (m)6 Nombre de segments résonnants3 Nombre de couplages résonnants2 ouverture a - hors extrémités - (mm)3.56 – 4.129 Modulation m1.00 – 1.7372 R 0 (mm)3.69 – 5.27 Tension sur les pôles (kV)87.32 – 122.84 Kilpatrick  1.7 Puissance cuivre SUPERFISH (kW) [1] [1] ~ 750 Puissance faisceau (kW)~ 290 Puissance totale (kW)~ 1040 Puissance totale attendue (kW)~ 1250

13 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Fabrication RFQ Tronçon 1 réalisé par SICN (CTV)… Nouveau marché passé avec la société MECACHROME pour la partie usinage, Les opérations de brasage sont prises en charge par le CERN Tronçon 2 au stade brasage final au CERN Tronçons 3 en cours de finition. Tronçons 4 à 6 en ébauchage

14 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Fabrication RFQ (2) Pièce test à l’échelle 1 réalisée en aluminium, Les grilles de pompage sont maintenant usinées directement dans la masse. La précison d’usinage est de +/- 1/100 mm pour la modulation et les plans de brasage Les canaux de refroidissement de 1 mètre de long sont percés d’un seul coté, La déviation max tolérée est de 4/10 mm sur 1 mètre pour les canaux 1 et 2.

15 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Maquette RFQ Modèle « froid » à l’échelle 1: –Optimisation de la cavité finale –Mise au point des procédures de réglage, –Mise au point des systèmes d’injection de puissance

16 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Mesures sur tronçons Les contrôles mécaniques et RF ont montré un très bon comportement du tronçon 1 lors des 4 brasages successifs (réparations), Les lames du tronçon 2 se sont déplacées légèrement lors du 1 ier brasage au CERN –La dynamique de faisceau n’est pas affectée, –Du point de vue RF, le tronçon reste largement réglable. L’explication de ces déplacement n’est pas encore claire (plusieurs hypothèses), Une différence notable entre T1 et T2 : la position de brasage Les mesures RF effectuées sur les tronçons à différents stades de la fabrication permettent d’ajuster avec précision l’assemblage des électrodes et de contrôler la cavité durant les différentes étapes de brasage.

17 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Environnement RFQ Mécanique de « supportage » RFQ Montages en cours Chariot multi-axes de mise en place des tronçons. Supports RFQ (1 par segment de 2 mètres

18 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Environnement RFQ L’ensemble des platines et rails a été installé sur la poutre support en béton. L’alignement général est à mieux que 1/10 mm, La fin de LBE est en cours de montage sur la poutre.

19 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Environnement et vide RFQ Vitesse de pompage installée : 12000 l/s et ~ 6000 l/s au niveau de la cavité (60 piquages). Pression de travail : ~ 10 -7 HPa

20 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Distribution et injection RF Système de sustentation des lignes d’injection RF Représentation d’ensemble de l’injection RF Portique RF

21 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Systèmes RF Chaîne RF pratiquement prête à démarrer Tests crowbars OK, Tests transfos de puissance OK, Les premiers essais en puissance sur charge devraient débuter au cours du trimestre.

22 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Système RF Vue des baies de commande bas niveau RF et des préamplificateurs klystrons en cours de tests à Saclay

23 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Refroidissement IPHI Aéroréfrigérant de type ouvert (puissance 8 MW), Circuit secondaire général terminé Circuit primaire RF terminés, Commandes en cours pour : –La station d’eau glacée, –Le système de distribution et de régulation RFQ

24 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Infrastructure Les protections biologiques utilisent des blocs et poutres standards provenant du synchrotron Saturne, Épaisseur des murs : 2.1m, Épaisseur de poutraison : 1.2m. La mise en place est pratiquement terminée

25 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Contrôle/commande C/C général IPHI réalisé sous EPICS, Automates SIEMENS: –Source LBE, –Vide RFQ, –Vide et ligne LHE, –Sécurité de fonctionnement, Modules d’acquisition déportés Field Point. Fonctionnement pour partie (SILHI/LBE, RF,…) Réalisation ou développement en cours (vide RFQ/LHE, sécurité)

26 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Ligne diagnostics Développement de diagnostics spécifiques : –Transformateurs de courant, –Mesure de l’énergie par temps de vol et de la dispersion en énergie, –Profileurs (WS, optique + doppler), –Moniteurs de position (BPM)

27 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Bloc d’arrêt Partie active du bloc (Nickel) Ensemble avec blindage Débit de dose total, à 1 m de l’arrêt faisceau avec blindage en  Sv/h en fonction du temps en heures

28 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Expérimentation au Tandem d’Orsay Débits de dose total et contributions des principaux radioéléments, à 1 m de l’arrêt faisceau non blindé en  Sv/h en fonction du temps en heures. Spectres du Nickel 192 relevés après irradiation puis après 18 heures de décroissance (échelle X 10)

29 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Étude DTL, modèle « chaud » Étude, développement et réalisation d’un modèle chaud équipé de 3 tubes de glissement (2000-2002). –Réalisation d’un tank inox cuivré interne/externe –Fabrication de 2 TG équipés de Qpôles (2 technologies) + 1 TG instrumenté. –Intégration et tests bas niveau à Saclay Installation et tests en puissance au CERN : ~ 45 kW CW obtenus fin 2002 (collaboration ISN Grenoble-CERN-CEA, thèse de P-E. Bernaudin.

30 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Le futur au CERN Installation d’une partie de IPHI au CERN en 2008 (RFQ, LHE…), Insertion d’une ligne « chopper » entre RFQ et LHE, Expérimentation « stand alone » durant 2 ans, Installation du RFQ comme étage accélérateur du projet LINAC 4, Et plus si affinités (SPL)

31 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Dates jalons IPHI Fin de fabrication RFQ : → 11/2006 Fin de réglage RFQ : → 12/2006 Conditionnement RF : → 01/2007 1ier faisceau : → 02-03/2007 Essais Eurotrans : → 10/2007 Adaptation chopper ? : → 12/2007 Fin des essais à Saclay : → 06/2008

32 P-Y. Beauvais – DAPNIA 9 janvier 2006 Apports de IPHI aux futurs accélérateurs de haute puissance : Source de faisceaux intenses très fiable et affichant une excellente durée de vie, Acquisition d’importantes connaissances dans le domaine du transport des faisceaux intenses, Développement de puissants codes de calculs de dynamique et de design de structures accélératrices, Développement de procédures automatisées de réglage des cavités accélératrices (RFQ, DTL), Maîtrise des technologies de fabrication et de réglage des RFQ, Conception, réalisation et tests en puissance d’une cavité DTL courte (validation de technologies), Développement de diagnostics spécifiques (IN2P3, DAPNIA), Réalisation d’un bloc d’arrêt faisceau de 300 kW (IN2P3) …