1 – Présentation de la machine :1 – Présentation de la machine :
- Carte d’identitéCarte d’identité
- LocalisationLocalisation
- Synoptique et designSynoptique et design
- Vues réellesVues réelles
- Installation des équipementsInstallation des équipements
2 – Fonctionnement des sections spécifiques de REX :2 – Fonctionnement des sections spécifiques de REX :
- TRAPTRAP
- EBISEBIS
3 – Les convertisseurs :3 – Les convertisseurs :
- BesoinsBesoins
- TopologiesTopologies
- En quelques chiffresEn quelques chiffres
4 – Le future de REX4 – Le future de REX
SommaireSommaire REX- ISOLDE
Nom commun:Nom commun:
Date de mise en Date de mise en service:service:
Conception:Conception:
But:But: REX-ISOLDE permet de :REX-ISOLDE permet de :- Regrouper les ions radioactifs issues des séparateurs Regrouper les ions radioactifs issues des séparateurs d’ISOLDE (GPS ou HRS)d’ISOLDE (GPS ou HRS)- Modifier la charge des ions (1+ q Modifier la charge des ions (1+ q n+ q) n+ q)- Accélérer les ions pour les expérimentationsAccélérer les ions pour les expérimentations
~700 radio-isotopes issues de 60 éléments différents~700 radio-isotopes issues de 60 éléments différents
REX-ISOLDE: REX-ISOLDE: RRadioactive beam adioactive beam EXEXperiment à ISOLDEperiment à ISOLDE
Carte d’identitéCarte d’identité
Expériences pour les premiers faisceaux en 2001Expériences pour les premiers faisceaux en 2001
Collaboration entre plusieurs universités européenne de physiqueCollaboration entre plusieurs universités européenne de physique(Allemagne - France – Suède – Belgique – UK)(Allemagne - France – Suède – Belgique – UK)
et le CERN pour la mise à disposition des locauxet le CERN pour la mise à disposition des locaux
1 REX- ISOLDE
Le Hall ISOLDELe Hall ISOLDE1 REX- ISOLDE
Synoptique fonctionnelSynoptique fonctionnel
Regroupement et augmentation de la charge des faisceaux d’ions radioactifs en combinant TRAP et EBIS afin d’obtenir des faisceaux plus lourds (n+ q)
Accélération des isotopes radioactifs à des énergies proches de la barrière de Coulomb
Investigations sur les noyaux avec phénomène à ‘halo’
1 REX- ISOLDE
Design de la machineDesign de la machine1 REX- ISOLDE
PENNING Trap
EBISA/q<4.5
ISOLDEbeam60 keV
HV platform60 kV
HV platform20-60 kV
Separator(q/A)/(q/A)= 1/150
tra
nsfe
rb
ea
m lin
e
cooled beam of singlycharged ions 60 keV
highly chargedions 5 keV/u
TRAP
EBIS
Séparateurs
Triage - Regroupement etSéparation des ions
Triage - Regroupement etSéparation des ions
Beam Transfert
1 REX- ISOLDE
Vue réelle des parties LINAC et cibleVue réelle des parties LINAC et cible1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :REX-TRAP
Installation des équipements :REX-TRAP1
HT
Cage REX-TRAP
Solénoïde +
Électrodes TRAP
RA02
RA01
Isolateur
Entrée
Transformateur d’Isolation
Isolateur
Perche de terre + Verrouillage Cage
Coffret interlock cage HT +
Distribution BT
Plate Forme HT
RA04
RA03
Cage Source
Quadrupôle
Bender
Faisceau HRS ou GPS
Source d’ions
Flashing Présence Haute Tension
REX- ISOLDE
Installation des équipements :REX-TRAP
Installation des équipements :REX-TRAP1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :Beam Transport
Installation des équipements :Beam Transport1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :REX-EBIS
Installation des équipements :REX-EBIS1
RA24
HT
Cage REX-TRAP
Solénoïde + Électrodes EBIS
Isolateur
Entrée
Distribution BT
Plate Forme HT
RA12(Ground Rack)
RA21(Vacuum)
RA22(HV)
RA23 (Gun)
REXPS10 (Fug HV)
Moto
r3
x40
0V
Ge
ne
rato
r3
x4
00
V1
5k
VA
RA05(on REXPS10)
Canon à électrons
Perche de terre + Verrouillage Cage
Flashing Présence Haute Tension
Séparateur électrostatique
Beam transport quadrupole
Bender+Kicker
Octupole
REX- ISOLDE
Installation des équipements :REX-EBIS
Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE
Motor3x400V
Generator3x400V15kVA
Mu
lti So
cket
Mu
lti So
cket
Mu
lti So
cket
connector block
connector blockCircuit
BreakerDifferential
Circuit Breaker
Circuit Breaker
RA21 (Vacuum Rack) RA22 (HV Rack) RA23 (Gun Rack)
Isolated Gun Rack
Multi Socket
Circuit Breaker
ST-EL Distributor Box inside cage
3~ 400V/220V 5kVA
ST/EL Distribution Rack
170-R-020
Installation des équipements :REX-EBIS
Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :REX-EBIS
Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :Les séparateurs de masse
Installation des équipements :Les séparateurs de masse1 REX- ISOLDE
Installation des équipements :Le linac
Installation des équipements :Le linac1 REX- ISOLDE
B
trap cylinders
beam in
Principe de triage et de regroupement des ions par REX-TRAP
Principe de triage et de regroupement des ions par REX-TRAP
U PotentialTrapping & Cooling phase (20ms)
Ejection phase
2
Buffer gaz
100k to 20Mhz
B=3Tesla
1,3m
REX- ISOLDE
Modification de la charge des ions par REX-EBISModification de la charge des ions par REX-EBIS
Drift tubes
Solenoid 3T
Canon a électron
Anode
Collecteur
electron repeller
Électrode barrage
U(z)
Z
Injection Ejection
2
Buffer Gaz
REX- ISOLDE
Besoins en convertiseursBesoins en convertiseurs3
2 groupes de charge:2 groupes de charge:- Éléments électrostatiques Éléments électrostatiques (électrodes, steerers, quadripôles, séparateur …)(électrodes, steerers, quadripôles, séparateur …)
- Éléments magnétiques Éléments magnétiques (triplets, streerers, bender, séparateur…)(triplets, streerers, bender, séparateur…)
2 modes de fonctionnement:2 modes de fonctionnement:- Régime continue pour la majorité des chargesRégime continue pour la majorité des charges- Régime programmé pour certaines parties de TRAP et d’EBIS (système Régime programmé pour certaines parties de TRAP et d’EBIS (système
d’injection + éjection)d’injection + éjection)
3 familles de convertisseur :3 familles de convertisseur :- Utilisation en régime continu avec régulation en tension (2kV à 60kV)Utilisation en régime continu avec régulation en tension (2kV à 60kV)- Utilisation en régime programmé avec régulation en tension (200V-1Utilisation en régime programmé avec régulation en tension (200V-1µsµs à à
60kV-1ms)60kV-1ms)- Utilisation en régime continu avec régulation en courant (2A à 350A)Utilisation en régime continu avec régulation en courant (2A à 350A)
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
24
V d
c
1500VOutput0-6kV
PWM
+
-
Input 0-10V
X 4
Electrode
Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur de tension à diodesde tension à diodes
Convertisseur HEINZINGER 24VDC 0-6kV Ioutmax = 1mAConvertisseur HEINZINGER 24VDC 0-6kV Ioutmax = 1mA
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull
Amplificateur TREK pour électrode (230Vac -/+500V Bw = 4kHZ Ioutmax = 20mA)Amplificateur TREK pour électrode (230Vac -/+500V Bw = 4kHZ Ioutmax = 20mA)
24V dc
R8
R5
R7
R6
+500V
-500V
R4
-15V
+15V
+
-
Input -10V/+10V
25kHz
Output+/-500V
Electrode
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull à diodes + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull
Convertisseur TREK pour lentille focalisante sur EBIS (0-20kV Bw=10kHz Ioutmax = 20mA)Convertisseur TREK pour lentille focalisante sur EBIS (0-20kV Bw=10kHz Ioutmax = 20mA)
700V D
C
+20kV
-15V
+15V
+
-
Input -10V/+10V
25kHz
5kV
X 4
x30
x30
Output0-20kV
Electrode
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
Commutation en basse tension avec MOS + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistors MOS Commutation en basse tension avec MOS + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistors MOS montés série en étage Push-Pull montés série en étage Push-Pull
Convertisseur FUG pour plate forme EBIS (0-60kV Fmax=450Hz Ioutmax = 100mA for 1.1ms)Convertisseur FUG pour plate forme EBIS (0-60kV Fmax=450Hz Ioutmax = 100mA for 1.1ms)
HV out regulated
0V
x4
60kV regulated
0 à 60kV
Oil tank
230V
N
650Vpp
Um1
Um160kV
regulation
Um2
Pulse regulation
Voltage reference
input
HV transformer
15kV
To regulation
To regulation
Um2
x40
Isolation
x40
Isolation
x40
Isolation
x40
Isolation
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
Transformateur + redresseur + transistors bipolaires en //Transformateur + redresseur + transistors bipolaires en //
Convertisseur DANFYSIK 858 pour quadrupole magnétique (400Vac Imax= 200A Vmax = 20V)Convertisseur DANFYSIK 858 pour quadrupole magnétique (400Vac Imax= 200A Vmax = 20V)
DCCT
+
-
Input
Charge R+L
Secteur400V
30V x40
REX- ISOLDE
Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3
Autotransformateur motorisé + redresseur + transistors bipolaires en //Autotransformateur motorisé + redresseur + transistors bipolaires en //
Convertisseur BRUKER pour Bender magnétique du linac (400Vac Imax= 350A Vmax = 65V)Convertisseur BRUKER pour Bender magnétique du linac (400Vac Imax= 350A Vmax = 65V)
M
DCCT
+
-
+
-
Input
Charge R+L
10V
Secteur400V
Vce =10V
x40
REX- ISOLDE
Les convertisseurs en quelques chiffresLes convertisseurs en quelques chiffres3
• 146 éléments au total sur la machine 146 éléments au total sur la machine • Les spares : Les spares : - 35% du parc en 2004- 35% du parc en 2004
- 81% du parc en 2005- 81% du parc en 2005
- 95% prévu pour 2006- 95% prévu pour 2006
• 34 types de convertisseurs différents :34 types de convertisseurs différents :
– 3 fabrications universitaire représentant 12 convertisseurs 3 fabrications universitaire représentant 12 convertisseurs (développement + (développement + réalisation)réalisation)
– 11 fabricants industrielles représentant 100 convertisseurs (Danfysik, 11 fabricants industrielles représentant 100 convertisseurs (Danfysik, Heinzinger, Fug, Delta… )Heinzinger, Fug, Delta… )
– 2 fabrications CERN représentant 34 convertisseurs (ISOLDE)2 fabrications CERN représentant 34 convertisseurs (ISOLDE)
Réduction possible à 26 types de convertisseursRéduction possible à 26 types de convertisseurs
REX- ISOLDE
Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4• AB-PO :AB-PO :
– Amélioration de la fiabilité des convertisseursAmélioration de la fiabilité des convertisseurs– Mises en oeuvre de solutions en cas de défaillance matérielleMises en oeuvre de solutions en cas de défaillance matérielle– Procédures, notes d’exploitation…Procédures, notes d’exploitation…– Consolidations possibleConsolidations possible
• AB-CO :AB-CO :
– Automates Wago remplacés par automates Siemens pour le Linac (3 derniers Automates Wago remplacés par automates Siemens pour le Linac (3 derniers slides)slides)
– Remplacement à terme des FECRemplacement à terme des FEC
• Projet HIE-ISOLDE :Projet HIE-ISOLDE :
– Déplacement de la cible MINIBALL dans le nouveau hallDéplacement de la cible MINIBALL dans le nouveau hall– Premier passage de 3.3 MeV/u à 5.4 MeV/u Premier passage de 3.3 MeV/u à 5.4 MeV/u (ajouts et modifications RF)(ajouts et modifications RF)
– Second passage de 5.1MeV/u à 10MeV/u Second passage de 5.1MeV/u à 10MeV/u (ajouts et modifications RF)(ajouts et modifications RF)
– Amélioration de l’efficacité de TRAP (cooling RF…)Amélioration de l’efficacité de TRAP (cooling RF…)– Injection continue dans EBIS (10Injection continue dans EBIS (10µs µs 100ms), couplage possible avec ECRIS 100ms), couplage possible avec ECRIS– Installation d’un spectromètre à la fin du LinacInstallation d’un spectromètre à la fin du Linac
REX- ISOLDE
Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE
21 x Danfysik 858 Power Converters
ProfibusRS 232
Interface
Wago crate 2
3 x Heidelberg &2 x Danfysik 896
Power Converters
FECWindows XPpcrexfec02
ProfibusPCI card
ProfiBus DP
Wago crate 3
1 x Bouhnik Power Converter
Group3LC PCI
card
Optical Fiber
1 x Bruker Power Converter
Wago crate 4
Group3 CNAController
Group3 CNAController
RFQ-7GP-Bender MagneticTriplets
7GP-BenderSteerers
Mass Separator Bender
Field mesurement
Wago crate 1
32 x Heinzinger Power Converters
SEP-RFQElectrostatics
Plates
Ethernet Network
Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE
21 x Danfysik 858 Power Converters
ProfiBus DP
Local Control Panel
Vacuum Interlock
1 x Bruker Power Converter
SIMATIC S7/300 crate
Bender
1 x Bouhnik Power Converter
Mass Separator
Field mesurement
SIMATIC CPU S7/400
SIMATIC S7/300 vB crate
32 x Heinzinger Power Converters
3 x Heidelberg2 x Danfysik 896
Power Converters
SEP & RFQElectrostatics
Plates
7GP & BenderSteerers
Ethernet Link
RFQ & 7GP & Bender Triplets
VME crate
RS422Rack21 Rack06
GatewayEthernet Link
Ethernet Link
Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE