Specifications du faisceau de Proton de MHYRRA

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1 Specifications du faisceau de Proton de MHYRRA
Status sur la conception du LINAC à protons pour le réacteur de recherche MHYRRA H. Saugnac, J-L. Biarrotte, L. Perrot, F. Bouly, S. Blivet, Institut de Physique Nucléaire d’Orsay, UMR CNRS-IN2P3/Université Paris Sud, Orsay Le projet MHYRRA a pour objectif de réaliser une station d’essai dédiée aux études de transmutation et d’ADS (FASTEF pour Fast Spectrum Transmutation Experimental Facility). Il est officiellement supporté par le gouvernement Belge à hauteur de 40 % du budget estimé (384 MEuros). Cette installation est constitué d’un accélérateur de proton haute intensité couplé à un réacteur d’essai pouvant fonctionner en mode sous critique et critique. Nous décrivons dans ce poster l’état de la conception de l’accélérateur de MHYRRA en insistant sur les composants à la charge de l’IPNO. IAP CNRS CNRS + INFN Milan INFN Milan Beam energy 600 MeV Beam pulse current 4 mA Maximum Average beam Power 2.4 MW Maximum Beam energy stability Better than +/- 1% Beam Current stability Better than +/- 2% Beam footprint on the target F 85 mm Donut-Shape Beam footprint Stability Better than +/-10% Beam reliability < 10 beam trips longer than 3 s during a 3 months operation period L’architecture du LINAC de MHYRRA a été établie dans le cadre du projet EUROTRANS. Le choix d’une conception modulaire (fault tolerance) est orienté par les fortes exigences de fiabilité imposées par les contraintes de fonctionnement du réacteur. Dans le cadre des projets Eurotrans, CDT et MAX relié à MHYRRA plusieurs thémes de R&D et de simulations de dynamique faisceau ont été réalisés. Specifications du faisceau de Proton de MHYRRA Cryomodule prototype cavité elliptique 700 MHz IPNO, INFN Milan, Tests à l’IPNO Dans le cadre d’EUROTRANS continué dans MAX, fabrication et tests d’un cryomodule prototype avec une cavité 700 MHz entièrement équipée (Coupleurs de puissance, système d’accord…) et du système de contrôle RF. Les tests sont orientés sur les études de fiabilité. Thèse de F. Bouly (Thalés, CNRS/IPNO) Fenêtre céramique Echangeur Cavité de conditionnement Cavité 700 Mhz beta tank hélium + piezo tuner (INFN Milan) Installation de test IPN Orsay Coupleurs de puissance 700 MHz (80 kW, CW) IPN Orsay Tests en cours dans le cadre du projet MAX MAX Sur deux ans depuis février Etudes et prototypages Injecteur, Optimisation Systèmes, bâtiments, choix de la température de fonctionnement (ACS), Cryomodule Spoke, Cryomodule elliptique, consolidation architecture de l’accélérateur… Partenariat labos européens (CNRS, SCK, IAP, INFN…) et entreprises privées (Empresarios Agroupadas, ACS…) Etude détaillée d’un cryomodule Spoke ( beta 0.35, 350 MHz). IPNO Etudes sur la base de prototypes déjà réalisés (cavités, coupleur, Système d’accord). Choix de la température de fonctionnement ACS, fin 2011. Maille théorique Une première intégration mécanique en utilisant des composants déjà étudiés (Cavité et réservoir hélium, Systèmes d’accord, Coupleurs de puissance) montre au premier ordre la faisabilité de la maille théorique. En raison des contraintes de disponibilité et pour être cohérant avec la conception modulaire du LINAc une ôîte à vanne de distribution de cryofluides. Cette contrainte de modularité a également un impact sur le concept utilisé pour la définition du cryostat du cryomodule et par conséquent sur les pertes cryogéniques statiques (RF off) qui seront plus élevées (plus grand nombre de transitions chaud/froid au niveau des tubes faisceau) Beta = 0.35, 352 MHz, CW, Deux gaps Nominal Eacc = 5.3 MV/m (+ 30 % de marge) Q0 : 3 Cavités / cryomodule Pas de focalisation Supra PART 1 PART 2 PART 3 PART 4 PART 5 PART 6 Beam Line mechanical integration  O    End of SC LINAC Spallation Target Beam Dump     Trois quadripôles de focalisation() placés à l’entrée de la ligne sont utiliser pour régler le faisceau sur le point objet (point O) et par conséquent sur la cible de spallation. La ligne est composée de trois aimants de courbure dans la direction verticale, ayant des angles de courbure de - 45° (), 45° () and 90°(), 3.2 mètres de rayon de courbure, et des faces de respectivement 22.5°, 22.5° (45° dipôles avec une face parallèle) and °. Le dernier aimant à 90° est situé à 26.5 m de la cible. Schéma de référence Trois triplets de quadripôles () sont disposés avant chaque aimant pour focaliser le faisceau. Ils auront un réglage quelque soit la taille du faisceau à régler au niveau de la cible ou du beam dump. Deux aimants de scanning AC () sont insérés dans la partie haute de la ligne, avant le dernier aimant 90 ° afin de ‘peindre’ la cible avec l’empreinte désirée. Un aimant de déviation de 20° () est utilisé pour courber le faisceau vers le beam dump. Deux quadripôles () permettent de fortement dé focaliser le faisceau et d’adapter sa taille à l’entrée du beam dump. La section haute énergie a été conçue pour assurer : ● La ligne doit être achromatique au premier ordre en position et en angle dans le plan vertical. Ceci assure que la position et la taille de la tâche faisceau au niveau de la cible sont indépendants des possibles dispersion en énergie. ● Des propriétés télescopiques sont assurées entre le point Objet (point O), situé avant le premier aimant de courbure, et la cible (point objet) afin d’améliorer le réglage de la tâche faisceau sur la cible et d’augmenter la rigidité du faisceau. ● La tâche du faisceau sur la fenêtre de la cible est de forme torique ( Donut Shape) . Elle est obtenue au moyen d’aimant de scanning AC permettant de ‘peindre’ la cible par un mouvement circulaire de quelques dizaines de Hertz. Ligne haute énergie. Couplage LINAC/Réacteur (CDT) L’étude de la partie haute énergie, couplant le LINAC supra et le réacteur a été réalisée dans le cadre du projet CDT. Les calculs de dynamique faisceau fait en parallèle avec des études d’intégration mécanique et de définition du bâtiment ont permis d’établir un schéma de référence. Un premier dimensionnement de la casemate contenant le beam dump a également été étudié. La consolidation de la ligne en terme de transport faisceau sera faite dans le cadre du projet MAX ainsi que le dimensionnement complet du Beam Dump