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ISOLDE POWER CONVERTERS Présentation des convertisseurs de puissance et de leur contrôle à distance pour la zone expérimentale ISOLDE Julien Parra-lopez.

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1 ISOLDE POWER CONVERTERS Présentation des convertisseurs de puissance et de leur contrôle à distance pour la zone expérimentale ISOLDE Julien Parra-lopez AB/PO-PH 19/05/2005

2 ISOLDE POWER CONVERTERS2 Sommaire: 1 La machine ISOLDE 1-1 Situation 1-2 Principe 2 Utilisation des convertisseurs de puissance 2-1 Le Front-end - les cibles - laccélération 2-2 Les séparateurs 2-3 Les Beam-line 3 Le contrôle à distance des convertisseurs 3-1 Simatic S7/300 et S7/400

3 ISOLDE POWER CONVERTERS3 1-1 Situation du hall dexpérience Isolde dans le complexe PS Le faisceau de proton est issue de laccélérateur Booster En rouge les deux cibles où débute la physique

4 ISOLDE POWER CONVERTERS4 1-2 Principe La machine Isolde utilise 2 cibles fixes (HRS et GPS) portées au potentiel de 60kV pour produire des radionucléides instable. Dans le partie cible (Front-end) les radionucléides sont ionisés pour ensuite être accélérés. En seconde partie ont trouve le spectromètre qui permet grâce aux aimants magnétiques de composer un faisceau dépendent de la masse des radionucléides. La dernière partie est le transport de ces masses vers les différentes expériences. Le transport du faisceau est assuré par des quadrupoles, kickers, benders électrostatiques étant donné sa faible énergie. Exemple: Séparateur GPS

5 ISOLDE POWER CONVERTERS5 2- Utilisation des convertisseurs de puissance 2-1- Front-end Le Front-end est le support pour la cible et laccélérateur pour les radionucléides*. * Les radionucléides sont des nucléides radioactifs capables de se transformer spontanément en un autre nucléide, avec éventuellement émission de particules chargées, rayons X ou de rayons gamma. Dans notre cas les radionucléides sont produits par fission provoquée par limpact du faisceau de protons (1.4GeV) issue de laccélérateur Booster.

6 ISOLDE POWER CONVERTERS6 Front-end: partie avant support pour la cible Front-end: partie avant avec la cible Intérieur de la cible

7 ISOLDE POWER CONVERTERS7 Dans la cible les radionucléides vont être ionisés (positif) pour pouvoir être accélérés. La ionisation positive consiste par différent procédé de supprimer un électron aux radionucléides. Ont utilise pour cela différentes type de cibles. Les cibles Surface Ion source

8 ISOLDE POWER CONVERTERS8 Cible SURFACE Le container est chauffé à 2000°C avec le convertisseur target pour dégazé des nucléides. Limpact du faisceau de protons produit des radionucléides par fission. Ensuite dans la ligne (2000°C) la ionisation ce fait en surface par absorption dun électron contre les parois. Pour ce type de cible ont utilise deux convertisseurs YOL.TARGET-HEAT: 1000A/10V YOL.LINE-HEAT: 600A/10V

9 ISOLDE POWER CONVERTERS9 Annimation Le radionucléide ce ionise en traversant le tube (LINE) 60kV 0kV Lion voit le 60kV et laccéleration commence + 2V

10 ISOLDE POWER CONVERTERS10 Cible PLASMA Le container est chauffé à 2000°C pour dégazé des nucléides. Limpact du faisceau de protons produit des radionucléides par fission. Ensuite avec la ligne (2000°C) des électrons sont crées puis enfermés dans la cage Anode où un champ magnétique les fait tourner pour augmenter leurs chances de croiser un radionucléide. Quant le radionucléide est percuté par un électron il est ionisé. Pour ce type de cible ont utilise quatre convertisseurs YOL.TARGET-HEAT: 1000A / 10V YOL.LINE-HEAT: 600A / 10V YOL.ANODE1: 300v / 5A YOL.SCRMAG: 52V / 30A Il existe dautres cibles portant à sept le nombre total de convertisseurs nécessaire.

11 ISOLDE POWER CONVERTERS11 e eeeeee Ionisation plasma Les électrons produits utilisent lénergie fournie par le champ électrique pour éjecter un électron au radionucléide.

12 ISOLDE POWER CONVERTERS12 Laccelération des radionucléides Une fois les radionucléides ionisés (leur charge est donc positive) ils peuvent être accéléré. Le potentiel de la cible est de 60kV et le potentiel de lélectrode quils vont rencontrer est 0V. Les Radionucléides vont donc être accélérés par le champ électrique entre la cible et lélectrode dextraction. Leur énergie = 60keV* Cest la seule accélération quils vont recevoir jusquà leur analyse. *1eV (électron-volt): énergie acquise par un électron accéléré par une différence de potentiel d'un volt.

13 ISOLDE POWER CONVERTERS13 Du fait de laccélération il faut isoler la partie cible 60kV du reste de la machine référencée à la terre. Isolateur 60kV Tension de 60kV nécessaire a laccélération Chassis Front-end à la terre

14 ISOLDE POWER CONVERTERS14 Comment connecter les convertisseurs de puissance à la cible 60kV ? Le but est dutiliser des convertisseurs standard alimenté par 400V AC, le problème est de les porter à 60kV. Le réseau 400V AC avec 60kV doffset est fourni à la plate-forme des convertisseurs par le transformateur disolation.

15 ISOLDE POWER CONVERTERS Les séparateurs de masse (Spectromètres) Le faisceau maintenant accéléré contient une variété de radionucléide ( Isotopes* ). Létape suivante est la séparation suivant leur masse. GPS est concu avec un aimant séparateur et HRS avec deux pour une plus grande précision. Suivant la masse des Isotopes ils vont être déviés vers les expériences ou perdus si ils sont trop lourds. Ce sont trois convertisseurs de puissance Bruker à banc de transistors qui alimente les trois aimants. * En physique nucléaire, un isotope est un corps simple ayant le même numéro atomique qu'un autre, des propriétés chimiques presque identiques (même élément chimique), mais une masse atomique différente. Les différences physiques entre isotopes d'un même élément sont dues à la différence de constitution du noyau de l'atome : le nombre de protons, correspondant à son numéro atomique Z, reste toujours inchangé ; c'est le nombre de neutrons N qui diffère d'un isotope à l'autre d'un même élément Rappel: il existe deux séparateurs de masse à Isolde ( un par cible) GPS: General Purpose Separator HRS: High resolution separator

16 ISOLDE POWER CONVERTERS Les Beam-line Les éléments électrostatiques de la machine ne consomme pas de courant (uniquement polarisés), se qui réduit la puissance des convertisseurs (2 à 7W). Le faisceau dIsolde na pas beaucoup dénergie (60keV). Pour diriger le faisceau un simple champ électrique suffit, les quadrupoles, kickers et benders sont donc électrostatiques. Les convertisseurs sont des sources Haute tension variant de 700v à 6500V basées sur la topologie switching avec transformateur élévateur. Vue densemble des convertisseurs HT Isolde Beam-line

17 ISOLDE POWER CONVERTERS17 3- Le contrôle à distance des convertisseurs 3-1 Simatic S7/300 et S7/400 Le contrôle à distance est réalisé avec des automates Siemens S7/300 et S7/400. Les entrées/sorties (DAC, ADC, DO, DI) sont déportées du CPU par le réseau de terrain Profibus. Possibilité dutiliser de la fibre optique pour le contrôle à 60kV Les CPUs sont reliés au système de contrôle du PS par Ethernet Contrôle LOCAL à laide de clavier / afficheur Siemens directement connecté au CPU Exemple S7/300 (machine Off-line separator)

18 ISOLDE POWER CONVERTERS18

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20 ISOLDE POWER CONVERTERS Présentation des convertisseurs de puissance et de leur contrôle à distance pour la zone expérimentale ISOLDE Julien Parra-lopez AB/PO-PH 12/05/2005


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