Hundred MeV Electron Linac Injector Of SOLEIL

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1 Hundred MeV Electron Linac Injector Of SOLEIL
Le LINAC HELIOS Hundred MeV Electron Linac Injector Of SOLEIL - Où est le Linac dans SOLEIL ? - Les différents éléments du Linac - Son installation - Le Commissioning B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

2 Le Linac dans SOLEIL HELIOS 15 m de long E < 150 MeV B. POTTIN
ROSCOFF octobre 2005

3 Composants du Linac Mûr de radioprotection Réseau RF
Modulateur Klystron 90 keV Canon à électrons Klystron TH MW Cleaner 15 MeV Groupeur Sortie Linac : 100 à 150 MeV 8 nC, 10 Hz 2 x 50 MeV Section accélératrice B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

4 Linac : Machine clé en main
Juin 2002 : Appel d’offre. Septembre 2002 : Signature du contrat avec THALES communication. Juillet 2003 : Fin de l’étude commune SOLEIL + THALES. Dossier final de conception approuvé par SOLEIL (référence du Linac). Simulation du faisceau Fabrication en usine des différents éléments B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

5 Caractéristiques du faisceau
Taux de répétition : 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour tests linac Dispersion d’énergie < 1.5 % Emittance normalisée < 200  mm mrad Mode CPM Pulse continu durant 300 ns Mode LPM Pulses de 1.4 ns à 352 MHz durant 500 ns (296 ns pour injection booster) Macro pulse : courant moyen 30 mA Macro pulse : charge totale 8 nC (296 ns, 27 mA) Mode SPM 1, 2, 3 or 4 pulses de 2 ns FWHM courant pulsé 250 mA (0.5 nC) B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

6 Cage de protection à la masse Canon à l’intérieur de sa céramique
Une triode à émission thermoïonique : 90 kV 2 pompes ioniques (65l/s) : P<10-9mbar Taux de répétition : 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour essais Linac Grille Cathode  = 8mm Cabine HT Bride Cage de protection à la masse Câble HT Transfo. d’isolement (-150 kV) Cathode EIMAC Y-845, montée sur bride.Surface d’émission : 0.5 cm², 2 A max. Alim. -100 kV Canon à l’intérieur de sa céramique Modulateur canon B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

7 Cleaner (filtre le faisceau en mode SPM)
Déflecteur extrêmement rapide : élimine le faisceau parasite provenant du canon entre deux pulses courts et coupe les ailes. Fenêtre de 2 ns Coaxial feed-through Utilisation d’un collimateur circulaire : le faisceau parasite de 90 keV est défléchi par une tension de 700V DC. De 0 à 700V en 2ns Collimateur circulaire  = 6mm Faisceau défléchi avec 700V DC Distribution transverse au collimateur pour un courant de 0.1 à 1 mA de courant parasite B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

8 Prégroupeur et groupeur CAVITE DE PREGROUPEMENT
mode TM010 (3GHz) Forme circulaire : éviter le multipactor Modulation sinusoidale ± 10 kV avec 80 W Fréquence : MHz à 37.5°C GROUPEUR Structure à onde stationnaire mode pi/2 E=15 MeV pour P= 5MW Fréquence: MHz à 37.5°C Pompe ionique (100 l/s) : P<10-8mbar Cavité de prégroupement avant brasage 1 mètre de long, 15MeV ± 10 kV P= 80 W 5 MW Guide d’onde entrée RF Solénoïde groupeur 2000Gauss Cavity TM 010 Beam axis Champ électrique (SUPERFISH) B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

9 SECTIONS ACCELERATRICES
(2 installées sur le Linac et la troisième en rechange) RF output Proviennent du LIL (Linac Injector of LEP) au CERN Structure à onde progressive : 4.5m de long, mode 2/3 Champ moyen : 10 à 15MV/m Gain d’énergie sans faisceau : 60MeV pour 15MW de puissance RF Temps de remplissage: 1.35s Fréquence : MHz à 35°C 2 pompes ioniques (100 l/s) : P<10-8mbar RF input Beam input B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

10 Eléments magnétiques Contrôle-commande
Eléments Magnetiques Interface LabVIEW 6 PC: 4 dans le hall RF 1 dans la salle de contrôle Linac (SDCL) 1 dans la salle de contrôle SOLEIL (SDCS) PC SDCL : Superviseur local (accès à tous les réglages) PC SDCS : Superviseur général Linac (accès limité aux réglages : utilisateurs) PC Mod1: Contrôle local modulateur 1 PC Mod2: Contrôle local modulateur 2 PCGun : Contrôle local canon PC Aux : Contrôle local autres éléments (fluides, vide…) Lentille Champ sur l’axe : 870Gauss Lentille de Glaser Champ sur l’axe : 3800Gauss SDCS General Linac supervisor SDCL Local Linac supervisor Mod1 Local modulator1 control Mod2 Local modulator2 control Gun Local gun control Aux Local other elements control HUB Triplet Gradient: 6.5T/m B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

11 Trois réseaux distinctes stabilisés :
Système hydraulique Le Linac possède sa propre station de refroidissement à partir des 2 réseaux SOLEIL (21°C et 30°C) Deux fonctions différentes : Le refroidissement des différents éléments de puissance (Klystrons, éléments magnétiques, les alimentations et les charges RF) La régulation de température des différentes structures HF (prégroupeur, groupeur, sections) Stabilité de la température de l’eau < ±0.1°C entre 33 et 39°C Trois réseaux distinctes stabilisés : 1. Le prégroupeur et groupeur 2. La première section 3. La seconde section B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

12 Modulateurs et klystrons
Sources de puissance RF: 2 klystrons TH 2100 (THALES) 35MW max. K1 : 5MW vers le groupeur 12MW vers la première section K2 : 12MW vers la deuxième section  Fonctionne à 20 MW Chaque klystron est sous - exploité : un aspect de la fiabilité  Fonctionne à 25 MW Un klystron avec sa cuve d’huile et son focalisateur avant d’installer les protections de plomb. Ligne à retard et Thyratron B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

13 Fiabilité : Mode secours
Lorsqu’il est nécessaire de changer un klystron (K1 ou K2), un système de double switch HF (SW1, SW2) sur le réseau HF, permet de toujours injecter de la puissance HF (avec K1 ou K2) dans la tête de machine (groupeur et section 1). Dans ce cas, le Linac fourni un faisceau de 70 MeV qui peut être injecté dans le booster. ----- Normal operation ----- Rescue operation SW2 K1 K2 S2 S1 Buncher SW1 B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

14 Construction des bâtiments
Janvier 2004: Début de la construction des bâtiments Septembre 2004: Les locaux du Linac sont prêt pour l’installation RF hall Tunnel Octobre 2004: Début de l’installation du Linac B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

15 Installation du Linac: Système hydraulique (11/10/04  15/11/04: 1 mois)
Arrivée de la tuyauterie Mise en forme du réseau hydraulique (Hall RF et tunnel) : découpe et soudure sur place Arrivée de l’unité de refroidissement RF hall Tunnel B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

16 La ligne de faisceau arrive!
Installation du Linac: Ligne de faisceau (22/11/04  06/12/04 (alignement)): 3 semaines Première livraison : La ligne de faisceau arrive! Un jour de manutention avec: Section 1 Section 2 Differentes poutres Prégroupeur Groupeur Eléments magnétiques Diagnostics (FCT, écrans de position) Eléments RF L’alignement a été fait juste après l’installation B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

17 Installation du Linac : Sources RF 6/12/04 21/12/04: 2 semaines
Seconde livraison: Les sources RF Klystrons avec cuves à huile et focalisateurs Modulateurs Différentes baies Après 1 semaine : Le hall RF est prêt pour l’installation des klystrons B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

18 Installation du Linac : Sources RF 6/12/0421/12/04: 2 semaines
Installation des klystrons avec leur focalisateur en un jour B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

19 Installation du Linac : Réseau RF 6/12/04  21/12/04: 2 semaines
Le réseau RF est presque terminé. THALES a attendu la fin de l’installation pour déterminer la bonne longueur des transitions des guides d’onde. B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

20 Installation du Linac Fin janvier 2005 : Après ~ 3 mois
En accord avec le planning de THALES Le Linac est prêt pour démarrer les tests. B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

21 Tests du Linac Avril 2005: Nous obtenons l’autorisation
Nous devons avoir l’autorisation officielle de la DGSNR pour mettre de la puissance RF dans l’installation Avril 2005: Nous obtenons l’autorisation Nouveau planning de THALES en accord avec ses sous-traitants Le réseau fluide (30°C) a été obtenu à la mi avril  Les tests du Linac par THALES, avec puissance RF, ont démarré en mai B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

22 Tests du Linac : Les premiers essais
Système hydraulique Réseau fluide testé: OK  Un problème avec une charge RF (fuite d’eau) => changée Commande contrôle: OK Commande contrôle Tout le Linac est contrôlé du poste de commande Linac Klystrons:Test avec une charge RF Mesures de radioprotection: OK K1 et K2 validé B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

23 Formation du groupeur en ½ s !!!!
Premier tests: 3 MW de RF durant quelques heures Effet multipactor apparu : la RF ne rentre plus Analyse endoscopique faite : aucune irrégularité présente Reprise de la RF : Démarrage à bas niveau, le seuil fut passer : La RF rentre de nouveau « Une cavité se forme avec de longue période de RF » : 8h;6h;8h à 1Hz 5h à 3Hz (impulsions de 4µs) B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

24 Les autres structures RF
Prégroupeur : (simple cavité) Nouvelle cavité aucun problème Sections accélératrices : (onde progressive) Déjà vue de la RF B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

25 Diagnostics faisceau Le long du Linac (15m):
5 FCT: analyse transmission 3 écrans de position B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

26 LINAC : Interface de contrôle général LabVIEW
B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

27 Diagnostics faisceau Le long de LT1 (16m):
- 1 FCT: analyse transmission - 3 écrans de position - 2 MC: mesure de la charge - Fente d’analyse: mesure de l’énergie - Mesure d’émittance (ligne directe) MC2 B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

28 LT1 : Interface de contrôle général GlobalScreen
M-A. Tordeux B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

29 Premier faisceau: 2 juillet
Faisabilité du premier faisceau 100MeV Mesure de radioprotection : Test en semaine Poste de commande Local B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

30 Premier faisceau: 2 juillet
Faisabilité du premier faisceau 100MeV Mesure de radioprotection : Test en semaine Le cœur du Linac bat! B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

31 COMMISSIONING (en cours)
2 parties distinctes: Réception technique du Linac: Hydraulique (Régulation, stabilité) Sources RF (Puissance, radioprotection, stabilité) Réseau RF (Etanchéité, puissance) Canon (Mode CPM, LPM, SPM) Diagnostics (FCT, écrans de positions) … Dynamique de faisceau avec LT1 B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

32 Mesures faisceau : Mesure d’énergie (avec la fente d’analyse)
M-A. Tordeux Faisceau 66MeV Faisceau 110MeV Interface de la mesure d’énergie B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

33 Mesures faisceau : Mesure d’émittance
M-A. Tordeux Réglages de la mesure des trois gradients Profil de l’image Représentation elliptique Calcul paramètres de Twiss Analyse des gradients Exemple du système optique de la mesure d’émittance Interface de la mesure d’émittance B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

34 Mesures faisceau Faisceau à 66 MeV (sans S2) en mode CPM en charge réduite 1nC (16 mA, 70 ns) pour minimiser le beam loading Calage de la HF avec le déphasage groupeur-section 1: 15 MeV (groupeur) et 51 MeV (S1) Variation de température des structures RF Variation puissance HF Faisceau 100 MeV avec S2 Faisceau LPM pour injection booster B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005

35 Faisceau SPM: calage du cleaner Mesure d’émittance Mode dégradé
Ce qu’il reste à faire ! Faisceau à 8nC Faisceau SPM: calage du cleaner Mesure d’émittance Mode dégradé Réception du faisceau aux différents modes Réception finale du Linac par SOLEIL fin octobre B. POTTIN ROSCOFF octobre 2005