CRYOMODULE Beta 0.12 POUR LE PROJET SPIRAL II

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1 CRYOMODULE Beta 0.12 POUR LE PROJET SPIRAL II
G. Olry, J-L. Biarrotte, S. Blivet, S. Bousson, C. Commeaux, C. Joly, T. Junquera, J. Lesrel, E. Roy, H. Saugnac, P.Szott, B. Legoff * CNRS/IN2P3/IPNO, Orsay, France Dans le cadre du projet SPIRAL II, l’IPN d’Orsay, doit étudier et réaliser les éléments accélérateurs de la section haute énergie à Beta = Cette section est composée de 8 cryomodules comprenant deux cavités accélératrices supra conductrices, de type quart d’onde, fonctionnant à 88 MHz. L’étude des éléments permettant le fonctionnement des cavités en environnement machine (réservoir d’hélium autour de la cavité, Stratégie d’accord en fréquence, cryostat, alignement …) se termine et doit aboutir à la fabrication d’un cryomodule entièrement équipé à partir de fin 2005 afin d’envisager un test de l’ensemble fin 2006. CAVITE QUART D'ONDE Design Mécanique Design RF 4.2 K TEST #1 Qo=  Resistance résiduelle=1.5 n 11 MV/m (i.e. Vacc=4.4 MV) et P=36 W sans quench TEST #2 “effet 100 K” (5 jours entre 70 K et 130 K): Qo=  Resistance résiduelle=43 n 8 MV/m TEST #3 Avec 1 plongeur en Niobium (Ø30 mm et L=154 mm): Qo=  Résistance résiduelle n  Pertes dans les brides CF 40 en inox (~20%) 8.2 MV/m Décalage en fréquence: kHz mes. (+68 kHz calc.) TEST #4 Avec 1 plongeur en Niobium (Ø20 mm and L=142 mm): Qo=  Resistance résiduelle=1 n  pas de pertes 11 MV/m (i.e. Vacc=4.4 MV) et P=25 W sans quench Décalage en fréquence: kHz meas. (N/A calc.) Perpendiculaire à l’axe faisceau Y mm Df Hz/mm K N/mm 7800 8500 118 3000 6100 237 1400 5100 382 1900 4800 31600 Parallèle à l’axe faisceau 148 13000 267 5900 385 3700 Objectif: Eacc=6.5 MV/m  Epeak=36 MV/m & Bpeak=66 mT for Pdissipated<10 W Mesures des microphonies Variation de fréquence avec 1 plongeur Ø30 Modulation RF Excitation par source externe (marteau) 47 49 52 66 Y=0 q=0 distribution champ B distribution champ E b/ Avec renfort Contraintes Von Misses [MPa] a/ Sans renfort max=52 MPa max<30 MPa Mod a Mod b Measures on mod b Sensibilité au vide kHz/bar -5.5 -4.5 -15 Sensibilité à la Température 4K 150 165 Déplacement du Stem 0.5 0.16 0.28 Pression de flambage 1.7 f1 f2 FABRICATION par Zanon SpA (Italy) f3 f4 Ø418 mm SS flange Cavité pendant l’accord à chaud Gap accélérateur Plaque de renfort (Nb 4-mm ép.) Fond inférieur soudé Epaisseur de Niobium: 4 mm (3 mm pour le stem) Diamètre des tubes faisceau: Ø36 mm Couplage RF capacitif Plaque de renfort sur le tore supérieur 4 piquages pour le HPR Pas de réservoir hélium pour le premier test. Un réservoir en Inox est en cours de fabrication CRYOMODULE Système d’accord à froid Plongeurs inserés dans le volume magnétique Assemblage Cryomodule CLEAN ROOM Statique Accord à froid avec plongeurs mobiles (étude en cours) Mobile Alignement Axe 1 Axe 2 Axe 3 Axe 2 : Materialisé par des mires « robson & halley » qui representent l’axe de la cavité (Axe 1). Le réglage est fait pendant la fabrication. Axe 3 est réglé par rapport à l’Axe 2 au moyen de fenêtres optiques permettant de viser les mires de l’Axe2. Les Axe 3 sont alignés entre eux sur le support de la machine. F ext 90 mm F int 30 mm Pour 1000 N, ép. 1 mm, Titane Contrainte sous vide négligeable Membrane en Titane Gamme d’accord ~ 2 kHz pour un plongeur. A optimiser Déformation mécanique du corps de la cavité Vide faisceau séparé du vide d’isolement Pertes cryogéniques statiques évaluées < 10 4K & < 65 60K Réservoir hélium de la cavité alimenté par thermosiphon à partir d’un réservoir tampon situé à l’intérieur du cryostat Ecran radiatif refroidie entre 60 et 80K par hélium gazeux Maintien en position de la cavité au moyen de tirants antagonistes Accord à chaud Réglage de la distance du gap (gamme +/- 2 mm) pendant la fabrication. Sensibilité ~ 100 kHz/mm (pour chaque gap) 300k/4k Transition Q 80K Q 4K Thermal Radiation < 1 W < 0.1 W Solid conduction < 2 W < 0.15 W ACCORD A FROID (étude en cours) Moteur et reducteur ~ mpas/tour Vis à bille 2.5 mm/tr Rapport bras de levier ~10 300 K / 4 K transition Thermal losses s max ~ 26 MPa s max ~ 30 MPa Gamme d’accord 2 mm de chaque côté  ~ 8 kHz. Effect sur le flambage à étudier Fabrication du cryostat : à partir de début 2006 Fabrication système d’accord à froid (soit plongeurs soit mécanique) : à partir de mi 2006 Tests du premier cryomodule : Vibrations et microphonies, procédure de montage, qualification cryogénique…: à partir de fin 2006 Tests du cryomodule complet avec coupleurs de puissance, accord à froid, alignement… : à partir de début 2007 Df/dx (Hz/mm) Kcav (N/mm) Kanneau kCTS A Resolution mécanique (nm) Resolution fréquence (Hz) ~4 kHz ~5000 ~ 18400 >50000 0.73 1.14 0.004