Jean-Marie De Conto, LPSC (UJF-CNRS/IN2P3-INPG), Grenoble

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1 Jean-Marie De Conto, LPSC (UJF-CNRS/IN2P3-INPG), Grenoble
L’opération de l’accélérateur GENEPI-3C dans le programme GUINEVERE Jean-Marie De Conto, LPSC (UJF-CNRS/IN2P3-INPG), Grenoble au nom de E. Froidefond1, M. Baylac1, A. Billebaud1, P. Boge1, D. Bondoux1, J. Bouvier1, T. Cabanel1, S. Chabod1, G. Dargaud1, JM De Conto, M. Heusch1, A. Kochetkov2, E. Labussière1, F. Lecolley3, J.-L. Lecouey3, G. Lehaut3, N. Marie3, J. Mertens2, R. Micoud1, F. Van Gestel2, C. Van Grieken2, B. Van Houdt2, G. Vittiglio2. 1 LPSC, CNRS-IN2P3/UJF/INPG, Grenoble, France; 2 SCK●CEN, Mol, Belgium; 3 LPC Caen, ENSI CAEN/Université de Caen, CNRS-IN2P3, Caen, France Journées Accélérateurs de Roscoff – Octobre 2013

2 GUINEVERE Couplage à puissance nulle un réacteur rapide: VENUS-F
une source: GENEPI-3C GUINEVERE : modification de VENUS en un réacteur rapide modéré au plomb  VENUS-F par le SCK•CEN (Mol, Belgium) construction d’un accélérateur pour disposer d’une source de neutrons pulsée ou continue  GENEPI-3C par CNRS/IN2P3 (France) Monitorage d’un réacteur sous-critique Mesure en ligne de la réactivité Mise en oeuvre d’ADS (sous-criticité, chargement du coeur, démarrage et shutdown)  Collaboration européenne: IN2P3, CEA, SCK•CEN and EC Grenoble, France Mol, Belgium Cadarache, France  Generator of Uninterrupted Intense NEutrons at the lead VEnus REactor (GUINEVERE)

3 GENEPI-3C : specifications
GEnerateur de NEutrons Pulsé & Intense Accélérateur électrostatique de deutons (240 keV) Neutron (14 MeV) via T(d,n)4He Deux modes Intense pulsé 40 mA courant pic FWHM < 1 μs répétition : Hz Continu <1mA (240 W sur cible) micro-interruptions à transition rapide programmables Conception et réalisation: CNRS/IN2P3 LPSC Grenoble, LPC Caen, IPHC/DRS Strasbourg & IPN Orsay DC interrupted mode Mean current 160 μA to 1 mA Beam trip rate 0.1 to 100 Hz Beam trip duration ~ 50 μs to 10 ms Transition edge ~ 1 μs Beam spot size Φ ~ mm Maximum n rate ~51010 n/s NB: Le CEA intervient pour le réacteur

4 Dates clés Financement, lancement Dec 2006 Design 2007-mi 2008
Construction and assembly, commisionning at LPSC transfert à SCK-CEN and remontage Sep 09-Mars 10 Machine commissioning mode stand-alone Mar-Sep 2010  Délais d’autorisation de sûreté + commissioning du réacteur en mode critique Autorisation de couplage Roscoff 2011 Couplage Oct 2011 Commissioning Oct 11-Ma2012 Faisceau pulsé, continu, interrompu En opération depuis 1.5 ans mode pulsé~ 1.15 x 106 n par pulse pour f= Hz DC mode ~ 108 n.s-1.µA-1 pourI = mA CIBLE NEUVE 2006 2011

5 Structure Dipole refroidi Mobile pour accéder à la ligne V
source pulsée/DC (duoplasmatron) blindage Guidage (Qpôles électrostatiques) ~ 7 m Ligne verticale mobile Insertion de la cible Cible Refroidie à l’air

6 Cible Tritium Support: disque cuivre avec dépôt de titane TiT (12 Ci)
Titane : 1100 µg/cm2 Chargé en Tritium par impregnation) Titanium hydride ρ=4.2 g/cm2 T/Ti ~ > 1.5 Front Φ = 60 mm Back Pin fins (cooling) + current meas. + temperature meas. Monté sur doigt de gant en bout de ligne (thimble) Refroidissement à air comprimé (250 W ) Pas d’hydrogène dans le coeur et espace exigu pour le doigt de gant. Système frigo/sécheur (6 bars) sur 4 ports Limite de désorptionTritium T < 60 º C Insertion verticale de la ligne Dipôle translatable latéralement Guidage vertical (7 mètres) Guidage en haut et en bas

7 Neutron source monitoring
Télescope à neutrons de recul en face de la cible : monitoring direct des neutrons de 14 MeV (SINGE) conversion en protons via la réaction (n,p) sur fenêtre hydrogénée 3 detectors Si protons rapides stoppés dans 3rd detector Au sommet de l’aimant, ~ 7 m de la cible triple coincidence pour discriminer (en énergie) des neutrons de fissions SINGE recoil n monitor Détecteur face à la cible : monitoring absolu alpha&protons (API/PI) Semiconducteur Si, angle solide contrôlé Detection des alpha ou protons rétrogrades de la cibleT(d,n)4He Monitoring direct (efficacité géometrique, angle solide) ~ 1 m TiT Target n α D+ API/PI API

8 Montage @ SCK-CEN 2009: Sep: Réassemblage à Mol (début) 2010:
Feb : Terminé! Alignment Vertical beam line High voltage head Faraday cage

9 Insertion de la ligne verticale (vue de haut)

10 Insertion dans le coeur (en bas)
Cœur non chargé

11 Ligne insérée, coeur chargé

12 1er couplage: October 12, 2011 >Roscoff 2011
14:00 : Machine et réacteur prêts 15:02 : Hz, puis ramp up à 200 Hz 15:10 : remontée des barres Barres de sécurité individuelles (from 1 to 6) : 25 min Barres de contrôle (x2) simultanément au bon niveau: 5 min 15:35 : Premier couplage GENEPI3C & VENUS-F Montée en cadence de 400, 500 and Hz (15 min)  Mesure de la puissance réacteur piloté par le faisceau Ajustement de l’acquisition de données Reactor & accelerator state indicator Neutron production during safety bars lift up

13 Opération couplée Avril 2012 Couplage en mode pulsé
valeurs typiques: Itarget = 20 mA pic, cadence= 200 Hz Fonctionnement en routine, machine stable, presque aucun claquage Source Beam Analog o’scope Command-control : digital o’scope

14 Caractéristiques du mode pulsé
Analyse préliminaire sur quelques jours Courant pic I pic ~ mA au lieu des 40 mA visés du au trou d’extraction réduit pour le mode DC pas un problème pour le programme de physique Largeur d’impulsion Tpulse ~ 550 ns (FWHM) σ(Tpulse)/ Tpulse < 1% cadence d’impulsion σ(f)/f < 10-5 FWHM ~ 550 ns Specifications machine atteintes

15 Fonctionnement couplé en continu
Mode standard, purement continu, avec quelques centaines de µA, sans problèmes Mode DC interrompu plus délicat Système d’interruptions mis définitivement au point au SCK-CEN Besoin d’ajuster la source très finement Problèmes de décharges diverses  Découvertes des problèmes opératoires sur le terrain et pendant la prise de données Beam ON Beam OFF Analog o’scope

16 Caractéristiques du mode continu interrompu
Valeurs typiques: Itarget = µA durée = 300 µs et cadence = 200 Hz  TOFF/TON ratio = 6% Cadence ajustable, mais pas toujours dans la gamme requise centaines de µA : cadence stable pourTOFF/TON entre 90% et 6% instable à bas courant Beam interruption from the control-command oscilloscope I (µA) I (µA) Machine specifications : TON/OFF ~ 1 µs Les bons jours: prodution de ~ 5 C, soit ~7.5 heures de faisceau

17 Stabilité du courant  En cours de réflexion
Décroissance sur une journée indépendant du mode existe sur GENEPI-2 au LPSC (pulsé uniquement) dérive thermique probable Pas de feedback sur le courant source mais implémentable si besoin March 27 March 28 journée Après-midi stable  En cours de réflexion

18 Difficultés rencontrées
Source: dégradation du filament ou destruction doublage Tantale 1 semaine pour remplacer le filament échange standard de source si doublage pulvérisé changement préventif de source (2 fois par an) Traitement thermique du Tantale à l’étude Claquages assez nombreux, intérieurs et extérieurs souvent sans incidence sur la délivrance du faisceau si perte totale de faisceau, la remontée de courant trop rapide Déclenche la sécurité réacteur (SCRAM, chute de barres) Améliorations CEM dans la tête HT + électronique source durcie Air chaud et humide: problème important et non traité Jusqu’à 70% humidité, 28° C Séchage+climatisation difficiles

19 Retour d’expérience faisceau pulsé: opération stable et robuste
Le démarrage ou la récupération du faisceau se fait par en rampe douce en fréquence (temps de montée fonction du temps de doublement du réacteur) Très peu de claquages  peu de SCRAM DC or DC interrompu: Plus délicat instabilités sources Allumage irrégulier du plasma pas de SCRAM La plupart des claquages sont sans conséquence MAIS certains arcs extérieurs importants provoque un SCRAM chute des barres procédure à reprendre à zéro 30 minutes de délai (pour 8 heures/jour maxi)  quelques SCRAMs

20 Retour d’expérience - 2 Un an d’expérience
Bons et mauvais jours (problèmes d’humidité et de température élevées) Beaucoup d’améliorations CEM A améliorer de manière évidente, mais cela n’empêche pas la prise de données de physique

21 Des difficultés, mais de bons résultats de physique ex: exposé de N Marie àTCADS

22 En résumé 1.5 an d’expérience d’un ADS basse puissance
De nombreux résultats de physique 3 talks à TCADS: A. Kochetkov, N. Marie and S. Chabod Des améliorations à apporter (intensité, stabilité du courant), mais spécifications largement atteintes Objectif actuel: Améliorer la fiabilité et analyser le MTBF et le MTTR Problèmes de claquage d’une machine électrostatique en milieu humide Source adaptée au courant pulsé, pas au courant continu (duoplasmatron Pas le problème de MYRRHA, aucune extrapolation possible Expérience acquise du point de vue opération du couplage Expérience d’une opération entre deux cultures professionnelles différentes

23 Merci pour votre attention
This work is partially supported by the 6th and 7th Framework Programs of the European Commission (EURATOM) through the EUROTRANS-IP contract # FI6W-CT and FREYA contract # 29665, MAX contract #269565 and the French PACEN program of CNRS