cryomodules a et b spiral 2
DESCRIPTION
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 . Configuration de l’accélérateur. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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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
1
Journées accélérateursRoscoff 2013
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Configuration de l’accélérateur
Particules H+ 3He2+ D+ IonsQ/A 1 2/3 1/2 1/3 1/6
I (mA) max. 5 5 5 1 1WO max. (MeV/A) 33 24 20 15 9
CW max. beam power
(KW)165 180 200 44 48
Longueur totale: 65 m (hors lignes HE)Slow (LEBT) and Fast Chopper (MEBT)RFQ (1/1, 1/2, 1/3) & 3 re-bunchers12 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 ambianteAmplificateurs RF à l’Etat Solide (10 & 20 KW)6.5 MV/m max Eacc = Vacc/(βoptλ) with Vacc=∫ Ez(z)eiωz/cdz.
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L32 m
Beta 0.07 energy section Beta 0.12 energy section
Le LINAC Supraconducteur
lattice
1190 mm
lattice
1940 mm
Cryomodule A Cryomodule B Power coupler
IRFU Saclay IPN Orsay LPSC Grenoble
Cryomodule A B
Valve-to-valve length [mm] 610 1360
# cavities 12 14
f [MHz] 88.05 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
Vacc @ 6.5 MV/m & opt 1.55 2.66
Lacc [m] 0.24 0.41
Beam tube [mm] 38 44
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LINAC – CMA =0,07
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Le cryomodule A
connections cryogéniques
Écran magnétiqueµmétal plaqué sur l’enceinte
Écran thermique 60K
Système d’accord
Enceinte à vide
610 mm
Vannes faisceau (tout méta)l
Manteau de superinsolant
Specifications:• Vides séparés• Pertes cryo statiques < 11 W • Pertes dynamiques < 10 W
par cavity à Eacc 6.5 MV/m
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Design de la cavité A
Cavité en niobium massif
Fond démontable(en cuivre)
Joint indium
Pcav < 10 W @ 6.5 MV/mPCu ~ 1.5 W @ 6.5 MV/m
Système d’accord en fréquence
Tank hélium en acier inoxydable
f [MHz] 88.05opt 0.07
Epk/Eacc 5.36Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 8.70
r/Q [] 599Vacc @ 6.5 MV/m & opt 1.55
Lacc [m] 0.24Beam tube [mm] 38
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Design de la cavité A
Bloc cuivre thermosiphon à 4K
Tresses et leur support fixés sur le haut de la manchette du
coupleur
Tresses de thermalisation de la manchette reliées à l’écran
cuivre à 60K
Fond de la cavité supraconductrice
300K
4K
Coupleur de puissance
Refroidissement du fond de la cavité par un bloc de cuivre équipé d’un système de thermosiphon
et tresses
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Conditionnement RF du coupleur
• 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
Pi : 3kW
Pt : 8MV/m
RX
Decreasing 2ms /6db
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Status des CMA
Unit Specs CMA4 CMA6 CMA7 CMA2 CMA3 CMA5 CMA9Max. acc. Gradient MV/m >6.5 8,8 8,3 9 9,1 7,95 9,1 8,44Total losses @4K, 6.5MV/m W <20.5 20,8 11,4 11,8 15,56 17,9 11,3 12,6Static losses @4K W <8.5W 6,5 3,98 4,1 3,11 4,34 3,6 4,47Pressure sensitivity Hz/mbar <5 -1,58 -1,32 -1,45 -1,31 -1,08 -1,22 -1,24Beam vacuum leaks mbar.l/s <5e-10 9,5E-10 < 1e-10 < 1e-10 < 1e-10 < 1e-10 <1e-10 <1e-10Cavity alignment mm 1,3 0,52 0,4 0,48 1,46 0,4
12 cavités qualifiéesZANON & SDMS
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Q0
Eacc (MV/m)
AZ1
AZ2
AS3
AZ4
AS7
AS9
AZ10
AS11
AZ12
AS13
Lacc = βî l = 0.24mQWR A (=0.07)
8 cryomodules assemblés7 testés
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IS0 551,85 m2
IS0 726,1 m2
High Pressure Rinsing HPR
Arrêt de la production des CMA en 2013Construction d’une nouvelle salle blanche à Saclay
Occupation de la salle blanche pour la production des cryomodules XFEL
Reprise des activités pour finir les 4 derniers CMA: janvier 2014
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LINAC – CMB = 0.12
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12
Cryomodule BCircuits cryogeniques
Cryostathelium buffer
Axe faisceau
Coupleurs de puissance
Vanne faisceau
CTS etplongeur
Écran thermique
Blindage magnétique
Specifications:
• Separate vacuum• Alignment from outside• Static losses < 11 W • Dynamic losses < 10 W
per cavity for Eacc 6.5 MV/m
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13
Cavité haut bétaf [MHz] 88.05
opt 0.12Epk/Eacc 4.76
Bpk/Eacc [mT/(MV/m)] 9.35r/Q [] 515
Vacc @ 6.5 MV/m & opt 2.66Lacc [m] 0.41
Beam tube [mm] 44
• Fond soudé• Tank LHe en titane• Système d’accord
basé sur un plongeur
Système d’accord
Cavity frequency
Motor driveChange of direction
Problème d’“hystérésis negatif” dû à la mécanique.Ce problème est résolu.
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CMB
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Etuvage des cavités
15
1.E+08
1.E+09
1.E+10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Q0
Eacc (MV/m)
MB04 avant étuvage
MB04 après étuvage8.4 W
3.7 W
Lacc = β l = 0.41 m
2 jours à 110°C
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16
CMB status• Cavités :
– 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
Unit SpecsMax. acc. Gradient MV/m > 6.5 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0 >8.0Total losses @4K, 6.5MV/m W < 36.0Static losses @4k W <12.5Pressure sensitivity Hz/mbar < 8.0 5,7 5,1 5,3 5 5,2 4,5Beam vacuum mbar < 5.0e-7 < 6.0e-8 < 6.0e-8 <5.0e-8Beam vacuum leaks mbar.l/s < 5e-10Cavity alignment mm 1,2 0,16 0,34 0,88 2,54 0,24 0,38
CMB3
2719
< 5e-11< 1e-10 < 1e-10
17 18
CMB1 CMB2
29,5 32
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LINAC Power coupler
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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
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19
![Page 20: Cryomodules A et B SPIRAL 2](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062323/56816651550346895dd9d051/html5/thumbnails/20.jpg)
Les coupleurs
Antenne creuse
Fenêtre céramique (sans TiN)
• Identiques pour les cavités bas et haut béta
• Les Qext 5.5 105 (CMA)et 1.0 106 (CMB), sont obtenus enajustant la pénétration de l’antenne
Pickup électrons
Port de pompage
Circuit de refroidissement de la
céramique (air)
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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
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HPR rinsing and beam vacuum
sealing in ISO 4 clean rooms
Assemblage et préparation des Cryomodules
Comptage systématique des poussières
des pièces montées sur les
cavités
(Coupleur preparé dans la salle blanche du LPSC
Cryomodules A: pas de HPR après le tests en CV et
l’assemblage du CM (remise à PA lente avec N2 filtré)
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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
![Page 24: Cryomodules A et B SPIRAL 2](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062323/56816651550346895dd9d051/html5/thumbnails/24.jpg)
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
Conclusions
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Merci pour votre attention