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1 Le transfert des faisceaux délectrons entre les 3 accélérateurs nécessite des aimants pulsés dinjection ou dextraction : - Des aimants à septum en extrémité.

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1 1 Le transfert des faisceaux délectrons entre les 3 accélérateurs nécessite des aimants pulsés dinjection ou dextraction : - Des aimants à septum en extrémité de ligne de transfert, - Des aimants kickers dans le Booster ou lAnneau, - Des bumpers lents à lextraction du Booster. Les systèmes magnétiques pulsés de SOLEIL Pour de tels éléments, laimant constitue un composant du circuit électrique, qui détermine la forme dimpulsion (de courant, donc de champ). Loptimisation de laimant inclut la chambre à vide, qui est interne (aimant hors vide) ou externe (aimant sous vide). Il faut donc concevoir en même temps la chambre à vide, laimant et son alimentation pulsée. La conception de tous ces Systèmes Magnétiques Pulsés a été faite par les équipes de SOLEIL, ainsi que : - toutes les spécifications techniques, - le suivi de fabrication, - la construction des alimentations pulsées les plus délicates (HT), - et les mesures électriques et magnétiques. Groupes impliqués : - Alimentations et Aimants pulsés, - Ultra-vide, - Conception-Ingénierie En relation avec les physiciens Accélérateurs.

2 2 Cahier des charges des Systèmes Magnétiques Pulsés Spécification Physique machineParamètres de conception Eléments Pulsés Choix pour la conception : - Tous les switchs BT ou HT à semi-conducteurs (éviter les dérives en temps), - Tous les pulsers hors des tunnels (accessibilité à tout moment), - Chambres étuvables => aimants hors vide ouvrables, - Blindage CEM autour des aimants, transmissions et pulsers, - Traiter les problèmes thermiques, - Positionnement réglables, repères dalignement.

3 3 Les chambres à vide céramiques des kickers Spécifications techniques des chambres alumine - Epaisseurs Al2O3: 6 mm Booster, 7 mm Anneau - Tolérance rectitude et profil < 1 mm Essais de brasure => choix alumine et brasure Suivi des fabrications : - Contrôle dimensionnel => rejet éventuel, - Contrôle étanchéité Dépôts de Titane : - Calculés selon rapidité du kicker - Difficulté du process - Suivi des résistances des dépôts

4 4 Les kickers rapides de linjection et de lextraction du Booster Switch 25 kV – 1000 A basé sur transistors MOS rapides Mis en parallèle et en série Circuit avec PFL (formeur à câbles coax) sur charge inductive (désadapté) compensée I peak = U charge / Z c

5 5 Les kickers de linjection de lAnneau de stockage - 1 Tolérances mécaniques serrées - Co-planéité des 2 platines mobiles des ferrites : < 0.2 mm - Position relative des bras de spire : 0.1 mm monté malgré empilement pièces, et utilisation isolants plastique Ventilation forcée distribuée tout le long chambre céramique par buse pliée-soudée Collaboration étroite entre BE et Alims-Aimants Pulsés pour ajuster exigences et possibilités fabrication Pulser 8 kV 5500 A : - Switch HT basé sur 3 modules dIGBT en // chaque module :12 kV, 2400 A crête - Contraintes disolement - Identité entre 4 kickers impose : faibles tolérances sur composants, mécanique précise

6 6 Les kickers de linjection de lAnneau de stockage - 2 Résultats électriques : - Jitter temporel < 1 ns, dérive non mesurable - Marges en courant et tension > 10 % Résultats magnétiques : - Très bonne homogénéité transverse du champ, - Excellente linéarité Tension/courant/Champ Vu par le faisceau (résultats actuels) : Après réglages tension, délais, largeurs pulses identité entre 4 kickers ~ qqs du champ crête

7 7 Les aimants à septum passif (à courants de Foucault) - 1 Entrée Sortie Aimants sous vide : - Matériaux Ultra-vide cuivre OFHC, inox 316 LN - Traversées ultra-vide alumine pour connexions courant et drain thermique - Assemblage mécanique des tôles de la culasse - Isolements par dépôt alumine chouppée - Pas de fenêtre de séparation : vide différentiel entre ligne de transfert et anneau Pour le septum de lAnneau : -Ajout dun blindage Mumétal 0.5 mm tout autour de la chambre interne du faisceau stocké - Epaisseur totale du septum de 3.5 mm La spire électrique est au fond du C de la culasse, et se referme derrière (attaque « passive ») La culasse est enfermée dans une boîte en cuivre qui draine les courants de Foucault : dans le plan du faisceau, ils circulent dans la lame de septum mince = 3 mm et réduisent les champs de fuite à lextérieur

8 8 Les aimants à septum passif (courants de Foucault) - 2 Dans lentrefer : homogénéité transverse du champ = +/ Hors du gap, zone du faisceau circulant ou stocké : exigence dun faible champ de fuite spécialement pour lAnneau = 12 µT.m max Travail spécifique pour réduire le champ de fuite : - Blindage Mumétal enveloppant, - Pulses bipolaires Résultats : < 4 µT.m soit ~10-5 du champ principal Champ de fuite final mesuré Champ de fuite initial, et évolution

9 9 Les septum actif (direct-drive) : fonction de pré-septum Dans lentrefer : homogénéité transverse du champ = +/ Hors du gap, zone du faisceau circulant ou stocké : exigence dun faible champ de fuite spécialement pour lAnneau = 12 µT.m max Travail spécifique pour réduire le champ de fuite : - Blindage Mumétal enveloppant la chambre Anneau, - Blindage Supra36 autour des culasses. Les septums actifs assurent lessentiel de langle : mrad entre ligne de transfert et faisceau => 2 culasses rectilignes, spire 2 tours fort courant crête 7080 A nominal - lépaisseur de septum peut être plus importante pour assurer une fonction de pré-septum

10 10 Les kickers rapides H et V pour les études machine -1 La caractérisation de lAnneau de stockage (acceptance; résonances) nécessite de pouvoir « kicker » le faisceau dans les 2 plans (H et V) en agissant uniquement sur 1 bunch de 300 ns. La longueur disponible est beaucoup plus courte pour le Kicker V. Aimant Kicker H (similaire aux kickers injection) Aimant Kicker V (étude spécifique) Définition des chambres céramiques Sagissant de kickers à transition rapide (450 ns), il a fallu faire un calcul spécifique et des simulations thermiques pour déterminer le compromis acceptable entre temps de montée et échauffement dû au faisceau stocké. Epaisseur Titane = 0.5 µm seulement Ventilation forcée impérative.

11 11 Les kickers rapides H et V pour les études machine - 2 Switch 25 kV – 2700 A basé sur transistors MOS rapides Mis en parallèle et en série Même schéma que pour les autres kickers rapides mais avec des PFL dimpédances adaptées à chaque cas: KemH = 12.5, KemV = 8.33 Circuits avec PFL (formeur à câbles coax) sur charge inductive compensée I peak = U charge / Z c Mais beaucoup plus de courant : Kem H : 1400 A / 19 kV Kem V : 1500 A /14 kV (réalisé) En fait les longueurs magnétiques effectives, plus grandes que prévues, permettent de travailler un peu plus bas en courant/tension.

12 12 Les compétences et lexpérience disponibles dans le groupe dans le domaine des Aimants et Alimentations Pulsés couvrent : En résumé - La spécification technique daimants pulsés, dalimentation de charge, - La sélection des switchs adéquats, et des autres composants critiques, - Le choix des sous-traitants, le suivi de fabrication, les réceptions, - La définition des besoins dinterface de contrôle commande (avec la division Informatique) - La réalisation interne des alimentations pulsées les plus délicates (haute tension), - La mesure des performances magnétiques pulsées (champ local, intégrale de champ, champ de fuite) - La conception complète des Systèmes magnétiques pulsés : Chambre à vide, Aimant, Alimentation pulsé - Lamélioration des performances des aimants et des alimentations, en fonction des nouveaux besoins: Préparation de linjection en mode Top Up, Modification des réglages, Modification des interfaces de contrôle Etudes avec BE et Vide Projets nouveaux : - Collaboration avec le synchrotron SESAME, - Transfert de connaissances vers la société SIGMAPHI (en cours de définition).


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