Cryomodules A et B SPIRAL 2

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1 Cryomodules A et B SPIRAL 2
Journées accélérateurs Roscoff 2013 Cryomodules A et B SPIRAL 2 Pierre BOSLAND (CEA/DSM/IRFU) Guillaume OLRY (CNRS/IN2P3/IPN ORSAY) Yolanda GOMEZ-MARTINEZ (CNRS/LPSC Grenoble) R. Ferdinand, P.E. Bernaudin (GANIL) Pour les équipes cryomodules A and B

2 Configuration de l’accélérateur
Longueur totale: 65 m (hors lignes HE) Slow (LEBT) and Fast Chopper (MEBT) RFQ (1/1, 1/2, 1/3) & 3 re-bunchers 12 QWR beta 0.07 (12 cryomodules) 14 (+2) QWR beta 0.12 (7+1 cryomodules) 1.1 kW liquéfacteur hélium (4.5 K) Quadrupoles à temperature ambiante Amplificateurs RF à l’Etat Solide (10 & 20 KW) 6.5 MV/m max Eacc = Vacc/(βoptλ) with Vacc=∫ Ez(z)eiωz/cdz. Particules H+ 3He2+ D+ Ions Q/A 1 2/3 1/2 1/3 1/6 I (mA) max. 5 WO max. (MeV/A) 33 24 20 15 9 CW max. beam power (KW) 165 180 200 44 48

3 Le LINAC Supraconducteur
Cryomodule A B Valve-to-valve length [mm] 610 1360 # cavities 12 14 f [MHz] 88.05 opt 0.07 0.12 Epk/Ea 5.36 4.76 Bpk/Ea [mT/MV/m] 8.70 9.35 r/Q [] 599 515 6.5 MV/m & opt 1.55 2.66 Lacc [m] 0.24 0.41 Beam tube  [mm] 38 44 lattice 1190 mm 1940 mm Cryomodule A Cryomodule B Power coupler IRFU Saclay IPN Orsay LPSC Grenoble L32 m Beta 0.07 energy section Beta 0.12 energy section

4 LINAC – CMA b=0,07

5 Le cryomodule A Specifications: Vides séparés
Enceinte à vide Écran magnétique µmétal plaqué sur l’enceinte connections cryogéniques Manteau de superinsolant Système d’accord Vannes faisceau (tout méta)l Écran thermique 60K Specifications: Vides séparés Pertes cryo statiques < 11 W Pertes dynamiques < 10 W par cavity à Eacc 6.5 MV/m 610 mm

6 Design de la cavité A Pcav < 10 W @ 6.5 MV/m PCu ~ 1.5 W @ 6.5 MV/m
Tank hélium en acier inoxydable Cavité en niobium massif Système d’accord en fréquence f [MHz] 88.05 opt 0.07 Epk/Eacc 5.36 Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 8.70 r/Q [] 599 6.5 MV/m & opt 1.55 Lacc [m] 0.24 Beam tube  [mm] 38 Joint indium Fond démontable (en cuivre)

7 Design de la cavité A Refroidissement du fond de la cavité par un bloc de cuivre équipé d’un système de thermosiphon et tresses Fond de la cavité supraconductrice Bloc cuivre thermosiphon à 4K 4K Tresses et leur support fixés sur le haut de la manchette du coupleur Coupleur de puissance Tresses de thermalisation de la manchette reliées à l’écran cuivre à 60K 300K

8 Conditionnement RF du coupleur
Pi : 3kW Pt : 8MV/m RX Decreasing  2ms /6db Conditionnement RF du coupleur nécessaire Etape 1: conditionnement à 300K jusqu’à 10kW, cw (1h) Etape 2: conditionnement à 4.5k, cavité désaccordée Etape 3: cavité accordée – montée en champ Jusqu’à 4 MV/m en mode continu, en général limité par des quench dus à l’émission électronique Poursuite du conditionnement en mode pulsé à 50Hz Cycle utile limité pour conserver une consommation cryogénique mesurée (15 to 30%) Augmentation progressive de Pi jusqu’à Pmax (8-10kW), et Eacc de 8 to 10MV/m

9 Status des CMA 12 cavités qualifiées ZANON & SDMS
8 cryomodules assemblés 7 testés Unit Specs CMA4 CMA6 CMA7 CMA2 CMA3 CMA5 CMA9 Max. acc. Gradient MV/m >6.5 8,8 8,3 9 9,1 7,95 8,44 Total 6.5MV/m W <20.5 20,8 11,4 11,8 15,56 17,9 11,3 12,6 Static <8.5W 6,5 3,98 4,1 3,11 4,34 3,6 4,47 Pressure sensitivity Hz/mbar <5 -1,58 -1,32 -1,45 -1,31 -1,08 -1,22 -1,24 Beam vacuum leaks mbar.l/s <5e-10 9,5E-10 < 1e-10 <1e-10 Cavity alignment mm 1,3 0,52 0,4 0,48 1,46

10 Occupation de la salle blanche pour la production des cryomodules XFEL
Arrêt de la production des CMA en 2013 Construction d’une nouvelle salle blanche à Saclay IS0 5 51,85 m2 IS0 7 26,1 m2 High Pressure Rinsing HPR Reprise des activités pour finir les 4 derniers CMA: janvier 2014

11 LINAC – CMB b = 0.12

12 Cryomodule B Specifications: Separate vacuum Alignment from outside
Circuits cryogeniques CTS et plongeur Cryostat helium buffer Specifications: Separate vacuum Alignment from outside Static losses < 11 W Dynamic losses < 10 W per cavity for Eacc 6.5 MV/m Écran thermique Blindage magnétique Vanne faisceau Axe faisceau Coupleurs de puissance

13 Cavité haut béta Problème d’“hystérésis negatif” dû à la mécanique.
f [MHz] 88.05 opt 0.12 Epk/Eacc 4.76 Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 9.35 r/Q [] 515 6.5 MV/m & opt 2.66 Lacc [m] 0.41 Beam tube  [mm] 44 Système d’accord Cavity frequency Motor drive Change of direction Fond soudé Tank LHe en titane Système d’accord basé sur un plongeur Problème d’“hystérésis negatif” dû à la mécanique. Ce problème est résolu.

14 CMB

15 Etuvage des cavités 2 jours à 110°C

16 CMB status Cavités : Cryostats :
Les 16 cavités ont toutes été qualifiées sans et avec plongeur Cryostats : Trois cryomodules qualifiés aux spécifications RF, vide et pertes cryogeniques. Mais 1 cryomodule nécessite un réalignement. 1 cryomodule a été livré au GANIL Le deuxième cryomodule sera livré en octobre L’ensemble des cryomodules B sera livré au GANIL avant septembre 2014

17 LINAC Power coupler

18 Coupleurs de puissance RF
Qualifiés jusqu’à 40kW CW en traveling wave 20 ont été conditionnés jusqu’à 20kW CW en standing wave (circuit ouverts) Durée de conditionnement: < 1 heure Planning: fin des conditionnement de tous les coupleurs avant Noël 2013

19

20 Les coupleurs Identiques pour les cavités bas et haut béta
Les Qext (CMA) et (CMB), sont obtenus enajustant la pénétration de l’antenne Antenne creuse Fenêtre céramique (sans TiN) Port de pompage Pickup électrons Circuit de refroidissement de la céramique (air)

21 Champ électrique en bout d’antenne du coupleur
E atteint12 MV/m (CMA) à l’extrémité de l’antenn au champ nominal (accelerating gap area around 37 MV/m) Pertes statiques + dynamiques 1.0 à 1.5 W (calculé et mesuré) Pas de multipactor au delà de 150 W de puissance incidente

22 Assemblage et préparation des Cryomodules
Comptage systématique des poussières des pièces montées sur les cavités Cryomodules A: pas de HPR après le tests en CV et l’assemblage du CM (remise à PA lente avec N2 filtré) HPR rinsing and beam vacuum sealing in ISO 4 clean rooms (Coupleur preparé dans la salle blanche du LPSC

23 Test de transport 1 CMA: Transport Saclay – Caen déchargement à Caen
Transport Caen – Saclay Tests de qualification complets à Saclay Résultat: le transport n’a réduit les performances du cryomodule et de la cavité. Transport du 1er CMB livré au GANIL

24 Conclusions 7 CMA et 2 CMB prêts pour leur installation sur l’accélérateur 1 cryomodule B déjà livré au GANIL Livraison des derniers cryomodules prévue en septembre 2014 Début d’installation sur le LINAC: janvier 2014 LINAC supraconducteur à 4 k avant la fin de l’année prochaine

25 Merci pour votre attention