La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Impact des faisceaux sur les systèmes cryo-magnétiques du LHC V. Baglin CERN TE-VSC, Geneva 2.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Impact des faisceaux sur les systèmes cryo-magnétiques du LHC V. Baglin CERN TE-VSC, Geneva 2."— Transcription de la présentation:

1

2 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Impact des faisceaux sur les systèmes cryo-magnétiques du LHC V. Baglin CERN TE-VSC, Geneva 2 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013

3 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 3 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013 Sommaire 1.Introduction 2.Conception des systèmes cryo-magnétiques 3.Observations et implications 4.Résumé

4 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 4 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Introduction

5 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 2 independent beam pipes per arc: 8 arcs of 2.8 km each Cryogenic Beam Vacuum 5 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013

6 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 6 Circumference26.7km Dipole field at 7 TeV8.33T Operating temperature1.9K Beam energy at collision7TeV Radiated power per beam3.6kW Critical synchrotron energy44.1eV Luminosity1 x cm -2.s -1 Beam current0.584A Bunch length1.ns Number of bunches2808 Protons per bunch1.15 x Nominal bunch spacing24.95ns Normalized emittance3.75 m. rad Stored energy per beam362 MJ Stored energy in magnets11GJ Impact des paramètres nominaux LHC Journées thématiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013 Ecran de faisceau Densité de gaz Impédance Nuage délectrons

7 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 7 Paramètres obtenus DesignCommissioning NominalUltimate (Fill 2256) 2012 (Fill 3250) Energy [TeV] Luminosity [x10 34 cm -2.s -1 ] Current [mA] Proton per bunch [x10 11 ] Number of bunches Bunch spacing [ns] (75-50)* 50 (25)* 50 (25)* Normalised emittance [μm.rad] 3.75~ 3~ 2.3~ 2.2 β * [m] Total crossing angle [μrad] Critical energy [eV] Photon flux [ph/m/s] SR power [W/m] Photon dose [ph/m/year] * During MD periods Journées thématiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013

8 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 8 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Conception des systèmes cryo-magnétiques

9 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Densité de gaz A haute énergie, le faisceau de protons diffuse sur les NOYAUX DU GAZ RESIDUEL Les protons diffus, ne sont plus disponibles pour la physique et terminent leurs course dans la masse froide du cryostat: la limite de durée de vie du faisceau due à ce processus doit être élevée ~ 100 h n ~ H 2 /m3 < mbar H 2 equivalent la puissance dissipée dans la masse froide doit être extraite par le système cryogénique ~ 80 mW/m soit ~ 210 W/arc Un contrôle de la densité de gaz dans les systèmes cryo- magnétique est indispensable

10 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Rayonnement synchrotron Toute particule chargée subissant une accélération, centripète ou longitudinale, produit un rayonnement La puissance du rayonnement centripète est plus grande que celle du rayonnement longitudinal (facteur ) Pour une particule relativiste, le rayonnement est fortement piqué vers lavant (ouverture de lordre de 1/ ) Le spectre du rayonnement émis sétend des rayons infra-rouge aux rayons gamma: du meV au MeV K. Hübner, CAS 1984, CERN R.P. Walker, CAS 1992, CERN A. Hofmann, CAS 1996, CERN L. Rivkin, CAS 2008 Références : DCI, Ec=3 keV O. Gröbner et al.,

11 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Rayonnement synchrotron Le rayonnement dissipe de la puissance : Un écran de faisceau protège le tube froid à 1.9K et intercepte la puissance synchrotron à plus haute température (5-20 K) 1 kW pour le système cryogénique de larc ! Q sr = 165 mW/m/ouverture

12 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Rayonnement synchrotron Le rayonnement stimule la désorption de gaz neutre. Densité déquilibre Un écran de faisceau perforé contrôle la densité de gaz et donc la charge thermique sur la masse froide No holes ~ 2% holes Short tube (pumping at the extremity) BS ~ 5 K BS ~ 19 K CB ~ 4 K V. Baglin et al. EPAC00, Vienna 2000.

13 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Impédance résistive de lécran de faisceau Le passage du faisceau dissipe de lénergie dans sur la paroi de lécran de faisceau Un écran de faisceau en cuivre réduit le budget dimpédance résistive n b : nombre de paquets N b : nombre de protons par paquets σ : longueur du paquet C : circonference r : rayon de la chambre à vide e : charge élémentaire c : vitesse de la lumière Z 0 : permittivité du vide ρ : résistivité de la paroi NominalUltime Q ic (W/m/ouverture) LHC design report, 2004 E. Metral, proc HE-LHC10, 2010 ρ(8.33T, 20 K) ~ Ωm X 10 du à la magnétorésistance

14 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Nuage délectrons Les photoélectrons produits par le rayonnement synchrotron sont accélérés à la suite du passage du paquet de protons Des électrons secondaires sont émis par la surface de lécran de faisceau à la suite du bombardement des photoélectrons Ces électrons secondaires sont accélérés et bombardent la paroi de lécran de faisceau Par effet de cascade, un nuage délectron se crée Le nuage délectron dissipe une partie de son énergie, Q ec, sur le système cryogénique de lécran de faisceau F. Ruggiero et al., LHC Project Report , EPAC 98

15 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Nuage délectrons L énergie dissipée dépend de nombreux paramètres : de la nature de la paroi et de la géométrie de lenceinte des caractéristiques de la surface i.e. des taux de production de photoélectrons et d électrons secondaires, des coefficient de réfection de photons et délectrons des caractéristique du faisceau i.e. le nombre de proton par paquet, la distance entre les paquets et de lémitance du faisceau de lenvironnement magnétique (absence de champ, dipôle, quadripôle etc.) Le bombardement électronique réduit le taux de production délectrons secondaires Un conditionnement de lécran de faisceau est requis max ini max final

16 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Energie dissipée par le nuage délectrons, Q ec Nominal From 3 W/m with δ max ~ 1.7 i.e. 17 kW to extract at 20 K !!! To 0.2 W/m with δ max ~ 1.2 i.e. 1 kW to extract at 20 K !!! Courtesy G. Rumolo, H. Cuna, BE/ABP 50 ns Nominal 25 ns Less than 0.1 W/m with δ max ~ 1.7 i.e. 0.5 kW to extract at 20 K

17 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Fonctionnalités de lécran de faisceau Trous de pompages pour contrôler la densité de gaz Trous de pompage arrondis afin de minimiser la charge de puissance électromagnétique sur le tube froid maintenu à 1.9 K. Ecran électronique afin de protéger le tube froid des pertes induites par le nuage délectron. Paroi verticale en dents de scie afin de réduire leffet photoélectrique et minimiser la réflexion vers lavant des photons afin de réduire la quantité délectrons disponibles pour leffet de cascade. Intercepter la charge de chaleur induite par le passage du faisceau (impédance, rayonnement synchrotron, nuage délectron) Opération de 5 à 20 K Substrat amagnétique en acier inoxydable pour tenir les forces induites par un quench (qq tonnes) et pour assurer une bonne qualité de champ Cuivre colaminé sur lacier inoxydable afin de réduire limpédance

18 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 18 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Observations et implications

19 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Charge sur la masse froide Extrapolation pour 2015 La charge totale sur la masse froide est donnée par: L. Tavian. LHC beam operation workshop, Evian avec 25 ns2015 avec 50 nsQ cm maximum Demi cellule de larc [W] Une marge de W par demie-cellule est disponible 4 TeV Fill 3134 (diffusion sur le gaz résiduel, pertes de particules secondaires et effet joule dans les parties résistives des splices)

20 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Pertes résistives et rayonnement synchrotron A linjection, 0.45 TeV, la charge Q sr est négligeable 0.45 TeV Fill TeV Fill 3133 L. Tavian. LHC beam operation workshop, Evian TeV Fill 3134 DesignMesuré Q sr (mW/m)165 Q ic (mW/m) Variation avec la longueur de paquet-3/2-2 Variation avec la charge22

21 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Extrapolation pour 2015 La puissance maximale disponible pour le nuage délectrons est donc ~ W par demi-cellule soit : avec 25 ns2015 avec 50 nsQ bs maximum Demi cellule de larc [W] W/m/ouverture La charge totale sur lécran de faisceau est donnée par: L. Tavian. LHC beam operation workshop, Evian 2012.

22 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Nuage d électrons en 2011 Q ec ~ 40 W maximum δ max diminue de 2.1 à 1.5 G. Rumolo. Chamonix workshop, 2012.

23 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Nuage d électrons en 2012 : tests avec 25 ns A lénergie dinjection, la vitesse de conditionnement à fortement diminuée : δ max semble se stabiliser à 1.45 ~ 50 W par demi-cellule avec 460 mA L. Tavian. G. Iadarola A 4 TeV, limpact du rayonnement synchrotron est important: ~ 40 W par demi-cellule pour 155 mA ! quel est leffet des photoélectrons ? quel est l énergie des électrons du nuage ? quel est leffet des champs magnétiques quel est limpact des réfections photonique et électronique ? Pendant le LS1, différentes zones seront instrumentées afin d affiner la compréhension du phénomène

24 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 24 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Résumé

25 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Résumé La charge thermique induite par les faisceaux est absorbée sur deux niveaux: le tube froid à 1.9 K un écran de faisceau maintenu entre 5 et 20 K Les mesures fines effectuées sur le système cryogénique de larc sont en bon accord avec les prédictions 50 % de marge pour lécran de faisceau et un facteur 2 pour les masses froides L. Tavian. LHC beam operation workshop, Evian Ecran de faisceau (scenario 25 ns en 2015) Masse froide (scenario 25 ns en 2015) Capacité

26 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department 26 Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin 2013 Remerciements Merci pour votre attention !!! Je remercie le comité dorganisation pour son invitation Je remercie aussi L. Tavian pour mavoir laissé le privilège de vous présenter son analyse

27

28 Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Journees thematiques de l'AFF, CERN, 6 juin Dessin de lécran de faisceau Les dents de scie de lécran de faisceau réduisent leffet photoélectrique et la réfection de photons vers lavant Dans les dipoles, un écran électronique protège le tube froid Courtesy N. Kos CERN TE/VSC ~ 40 m ~ 500 m


Télécharger ppt "Vacuum, Surfaces & Coatings Group Technology Department Impact des faisceaux sur les systèmes cryo-magnétiques du LHC V. Baglin CERN TE-VSC, Geneva 2."

Présentations similaires


Annonces Google