sis 18-6 (charge seperator), w. barth, annual meeting, eu construction (cni) contract...

SIS 18-6 (Charge seperator), W. Barth, annual meeting, EU construction (CNI) contract "DIRAC-PHASE-1", September 26, 2006 1

SIS 18-6 Charge SeparatorW. Barth

• Introduction

• Present Charge Separation System

• Advanced Beam Dynamics Layout

• Technical Layout

• Project Status

• Modified working plan

• Manpower, Costs

L. Heyl, J. Glatz, M. Kaiser, Ch. Will + ...


The GSI UNIversal Linear ACcelerator

High Current Injector Alvarez Single Gap Resonators


Reference Ions 130Xe2+ 238U4+ 20Ne1+

A/after stripping) 2.8 3.3 2.0Stripping Efficiency [%] 20 15 90Magnetic Rigidity [Tm] (before Stripping) 3.0 4.1 1.4Magnetic Rigidity [Tm] (after Stripping) 1.3 1.6 1.0Beam Intensity [emA] (at Foilstripper) 57.0 32.9 20.0Beam Intensity [emA] (at SIS Entrance) 11.4 4.9 18.0Beam Power (Pulse) [kW] (at Foilstripper) 1798 1221 456

Transfer Line to the SIS 18

TK_1 (entrance) Foilstripper TK_9 (exit)Bunch Frequency 36.136 MHzW [MeV/u] 11,4b [%] 15,591100% Horizontal Rms-Emittance, norm. [mm*mrad]* 0,349 0,351 0,345

100% Vertical Rms-Emittance, norm. [mm*mrad]* 0,298 0,454 0,53295% Longitudinal Rms-Emittance [mm*mrad]* 0,465 0,518 0,831Particle Transmission in Relation to RFQ-Input [%]* 87,6 86,0 85,7

Single Gap Resonators

Foil-stripper

Charge State Analysisto SIS 18

FAIR:40 emA

(1490 kW)


Present Charge Separation System

• Stripper-system consisting of 3 pathways

• 25m space charge dominated beam transport for the stripped beam (multi charge state beam) leads to significant emittance growth

• Charge analyzing system (11-dipole) with a resolution of 1.5% is sufficient for low intensity beams with only small emittance areas

• Difficult beam optimization for transport from the stripper to the charge separation.

Foilstripper

25m


New Charge Separator-Concept

• Compact (6m) system of four vertical 35-1.6 T-dipole magnets (field homogeneity 1.5 %)

• Sufficient for pulse operation: 3 Hz pulsed mode, 5 Hz demand mode

• Dipole chamber with low eddy currents in pulse operation, copper walls and apertures for

low radioactivity from the impact of unwanted charge states, cooling and protection from

thermal stress

• Stripper-system integrated

• Short (space charge dominated) beam transport (multi charge state beam): 1m

• less emittance growth

• Intensity gain inside SIS-acceptance 20%

• Charge-resolution ≤ 1%

• Improved beam operating


Stripper Concept with (more than) 3 Pathways

High Current Operation

No Stripping

Low Current Operation

1.

2.

3.

High Current Operation (FAIR) Quadrupole

Foil exchanger(20 stripper foils)


New Charge Seperator: Beam Dynamics I

horizontallyStripper Foil for high current heavy ion operation (sweeper)... for medium current

operation (sweeper)

... for low current operation (kicker)

Kicker 2

Sweeper 2


New Charge Seperator: Beam Dynamics II

vertically


New Beam Diagnostics Test Bench

quadrupole duplett hor./vert. slit profile gridh/v-steerer

beamdump

• ion current• beam profile• position (correction)• beam emittance• bunch structure (non destructive)• beam energy


Technical Layout/Overview

dipole 1&2 dipole 3&4

kicker 2

beam diagnostic box (profile grid, analyzing slit)

(double-)kicker 3

quad-doublet

beam diagnostic boxes (emittance measurement)

beam dump

no change no changereused components

steerer

+ beam transformers+ phase probes


list of componentsNr. StLNr. Element Anz. Zeichnungsnummer Nomenkaltur Name Bearbeiter/Phys Eigenheiten Status Datum: 21.09.2006 St Dat geändert am Nr. StLNr. Element Anz. Zeichnungsnummer Nomenkaltur Name Bearbeiter/Phys Eigenheiten Status St Dat geändert am

1 Innerhalb LASEP 71 66 Strahltrafo 1 DS100 TK3DT3 Apertur 48mm vorhanden eingebaut / verschieben + 21.08.2006

2 72 67 4 geteilte Phasensonde 1 DB570 TK3DP3X Apertur 50mm vorhanden eingebaut / verschieben + 21.08.2006

3 Umlenkmagnete 73

4 32 Magnet Dipol 1 1 TFK-SM010 TK3MU1 C. Will Konstruktionsvorgang / Danfysik Verz 74

5 36 Magnet Dipol 2 1 TFK-SM020 TK3MU2 C. Will Konstruktionsvorgang / Danfysik Verz 75 Untere Messlinie

6 40 Magnet Dipol 3 1 TFK-SM030 TK3MU3 C. Will Konstruktionsvorgang / Danfysik Verz 76

7 44 Magnet Dipol 4 1 TFK-SM040 TK3MU4 C. Will Konstruktionsvorgang / Danfysik Verz 77 Ventil 1 TK3VV2T Hammann / Kaiser kommt rein! 21.09.2006

8 27 Vakuumkammer Dipol 1 1 TFK-SV030.010.000 TK3VU1 Barth/ Friedrich/ Glatz/ Kaiser/ Will Diskussion / Konstruktionsbüro Verz 78 4 geteilte Phasensonde 1 STD-000-C81.000.000 TK3DP6X Kaufmann Bestellvorgang 21.08.2006

9 28 Vakuumkammer Dipol 2 1 TFK-SV030.020.000 TK3VU2 Barth/ Friedrich/ Glatz/ Kaiser/ Will Diskussion / Konstruktionsbüro Verz 79

10 29 Vakuumkammer Dipol 3 1 TFK-SV030.030.000 TK3VU3 Barth/ Friedrich/ Glatz/ Kaiser/ Will Zeichnung vorhanden bereit zur Fertigung ? Verz 80 Quadrupolduplett11 30 Vakuumkammer Dipol 4 1 TFK-SV030.040.000 TK3VU4 Barth/ Friedrich/ Glatz/ Kaiser/ Will Zeichnung vorhanden bereit zur Fertigung ? Verz 81 Quadrupolduplett 1 keine vorhanden TK3QD71/72 M. Kaiser in der Vermessung +

12 82

13 Gestell verschiedene Änderungen muß ins KonstBüro 83 Diagnosekammer Emittanzschlitz

14 1 Hauptgestell 1 TFK-SG030.010.000 Auftrag zur Überarbeitung geben 84 Diagnosekammer 1 T-DK020.010 TK3DK6 Kaiser / Heil / Krichbaum unter Exp-Halle / Messnester anbringen + 21.09.2006

15 2 Schäkelaufnahme 1 TFK-SG030.020.000 fällt w eg 85 Profilgitter 23x23x1,75 1 DG400 TK3DG6 M. Kaiser Dorn sagt vorhanden Verz 21.09.2006

16 3 Gestell U 120 1 TFK-SG030.030.000 Auftrag zur Ausschreibung geben 86 Antrieb 1 Dorn fragen Kaiser / Dorn Dorn sagt vorhanden 21.09.2006

17 4 Gestell Magnet D1 1 TFK-SG030.040.000 Auftrag zur Ausschreibung geben 87 Diagnosekammer 1 T-DK330.010 TK3DK6a Heyl / Kaiser keine vorhanden + Verz 22.08.2006

18 5 Gestell Magnet D4 (in PL D2!) 1 TFK-SG030.050.000 Unterschiedlich in Plottliste und in diesem Dokument Auftrag zur Ausschreibung geben 88 Pumpe / mobiler Turbopump-Platz 1 ? ? Hammann / Kaiser längerfristige Leihgabe + 22.08.2006

19 6 Verbindungsstrebe 4 TFK-SG030.060.000 fällt w eg 89 Emittanzschlitz horizontal 1 noch konstruieren TK3DE3H M. Kaiser / Konstr. Büro muß noch konstruiert w erden Verz 21.09.2006

20 7 Gestell klein 1 TFK-SG030.070.000 Gestell fällt w eg, da neue untere Messlinie 90 Antrieb 1 ??? ??? Kaiser / Dorn / Störmer 21.09.2006

21 8 Justierstütze 1 TFK-SG030.080.000 undef 91 Emittanzschlitz vertikal 1 noch konstruieren TK3DE3V M. Kaiser / Konstr. Büro muß noch konstruiert w erden Verz 21.09.2006

22 68 Justierung für Strahlrohr 2 U-SJ560 undef / Einbauhöhe=200mm 92 Antrieb 1 ??? ??? Kaiser / Dorn / Störmer 21.09.2006

23 69 Justierung für Strahlrohr 2 U-SJ560 undef / Einbauhöhe=225mm 93

24 70 Justiereinrichtung 2 EH-SJ010 undef 94 Strahltrafo 1 DS150 TK3DT6 M. Kaiser / Reeg neu / BES-Lager Großmontage + Verz 22.08.2006

25 71 Justierfüße Magnete 20? SIS-SJ021c L. Heyl, M. Kaiser BES-Lager / Betriebshof große Halle + 22.08.2006 95

26 72 Justierfüße Hauptgestell 4 ESR-SJ 010 M. Kaiser / L. Heyl zurückgelegt / Betriebshof große Halle + 22.08.2006 96 Pumpkammer w ird nicht benötigt 1 DK060.010d TK3?? Kaiser / Heyl / Hammann BES-Lager / Betriebshof kleine Halle + 22.08.2006

27 73 Justierfüße Magnete 16 PIG-J150 C. Will /andere Füße zurückgelegt SIS SJ021c / Zeichnung ändern 22.08.2006 97

28 98

29 es sind 34 SIS-SJ021 Füße 99 62 Diagnosekammer PG/DC

30 für LASEP + Hitrap zurückgelegt 100 173 Schlitzebox / für Profilgitter 1 DK370.020C TK3?? Kaiser / Heyl / Bevcic unter Exp-Halle / Messnester anbringen + 22.08.2006

31 101 61 Profilgitter 64x64x0.8 1 STD-000-C45-000-000 TK3DG7 Kaiser / Dorn / ??? neu / Bestellvorgang / Diagnosegruppe 21.08.2006

32 102 Endtasse 1 DF241a TK3DC7 Kaiser / Dorn / ??? vorhanden / Zusammenbauen lassen 21.08.2006

33 103

34 104

35 105

Nr. StLNr. Element Anz. Zeichnungsnummer Nomenkaltur Name Bearbeiter/Phys Eigenheiten Status St Dat geändert am Nr. StLNr. Element Anz. Zeichnungsnummer Nomenkaltur Name Bearbeiter/Phys Eigenheiten Status St Dat geändert am

36 Vakuumteile 106 Obere Strahllinie hinter Dipol 4

37 31 Wellenbalg CF 100 L=115 4 TFK-SV030.050.000 undef 107 Kicker 1!2 U-IM560 / Glatz TK3MK3 Kaiser / Glatz neuer Kicker / Glatz fragen w elcher / 2X 21.08.2006

38 32 Wellenbalg CF 100 L=160 1 TFK-SV030.060.000 undef 108 Netzteil für U-IM560 1!2 ?? ?? Kaiser / Ramakers Spez und anfordern 21.08.2006

39 51 Abschirmblende D048 1 T-DB130 in der jetzigen Strahllinie eingebaut 109 ?? Phasensonde 1 TK3VU7

40 52 Abschirmblende 80x45 1 TFK-DB280.000.000 als T-DB230 eingebaut; auffräsen 110

41 53 Abschirmblende 65x30 1 TFK-DB290 undef 111 Quadrupolduplett 1 SIS-SM081 TK3QD61/62 eingebaut / verschieben +

42 54 Wellenbalg mit Abschirmung 1 TFK-DB300 undef 112

43 55 Membranbalg mit Abschirmblende 1 TFK-DB310 undef 113 Diagnosekammer44 56 Wellenbalg mit Abschirmblenden 1 TFK-DB320 undef 114 Vakuumkammer 1 T-DK330.010 TK3DK4 eingebaut verschieben 21.08.2006

45 57 Pneumatisches Ventil 1 ? ? Hammann / Kaiser undef / eingebaut 115 Profilgitter 1 DG200 TK3DG4 / 47x47x1 eingebaut verschieben 21.08.2006

46 38 4 kt Rohr 1 1 TFK-SV030.000.010 Auftrag an Werkstatt geben 116

47 39 4 kt Rohr 2 1 TFK-SV030.000.020 Auftrag an Werkstatt geben 117 Phasensonde 1 DB 570 TK3DP5X / Apertur 50mm; Länge 55mm eingebaut / verschieben + 21.08.2006


49 41 4 kt Rohr 4 1 TFK-SV030.000.040 Auftrag an Werkstatt geben 119 Diagnosekammer50 42 4 kt Rohr 5 1 TFK-SV030.000.050 Auftrag an Werkstatt geben 120 Vakuumkammer 1 T-DK330.010 TK3DK5 eingebaut / verschieben - untere Messlinie + 21.08.2006

51 43 4 kt Rohr 6 1 TFK-SV030.000.060 Auftrag an Werkstatt geben 121 Faradaytasse 1 DF240 ??? eingebaut / verschieben - DK210.010 + 21.08.2006




55 125

56 Sweeper 126

57 64 Sw eeper mit Kammer 75x46 1 58-Y15-A01 KSZ401 TK3MW2 Kaiser eingebaut / vorhanden / Kabel umlegen 127 Stripperbereich58 Kammer für Sw eeper 1 TK3VU5 Kaiser eingebaut / vorhanden 128 Quad-Singulett 175mm (Typ TK9) SIS-SM 110c TK3QS5 eingebaut + 00.00.0000

59 129 Blende 90x23mm CF160 T-DB 180 TK3DB1A eingebaut + 00.00.0000

60 Diagnosekammer Separation 130 Stripperkammer T-DK 170.010d TK3DK2 eingebaut + 00.00.0000

61 63 Vakuumkammer DK210 1 T-DK210.010 TK3DK3 Glatz / Kaiser vorhanden Ort: BES-Lagerplatz + Verz 21.08.2006 131 ___F links: Blende / PL-Antrieb TK3DB… eingebaut + 00.00.0000

62 58 Separator Schlitzepaar T-DB 270 2? T-DB270 TK3DS3 Kaiser / Dorn / Graf vorhanden laut Glatzliste / Graf fragen Verz 21.09.2006 132 ___F oben: Stripper / Schrittmotor LISA-F 010 TK3DF2 eingebaut + 00.00.0000

63 60 Faradaytasse 1 DF240_Blatt_1_VON_2 TK3DC3 vorhanden / in jetziger DK3TK5 + Verz 21.09.2006 133 ___F unten: Profilgitter, 95x31x1 DG420/ DL 271 TK3DG2 eingebaut + 00.00.0000

64 241 Belastungsangabe für Festo-Zylinder 1 DF240_Blatt_2_VON_2 vorhanden / in jetziger DK3TK5 + 21.09.2006 134 ___F schräg links: blind + 00.00.0000

65 169 Profilgitter u. Lineatdurchführung 1 DG200 DL290 (DL292) TK3DG3 vorhanden Ort: Dorn 21.08.2006 135

66 Pumpe / IG Pumpe 400l 1 ? ? Hammann / Kaiser vorhanden / Hammann + 22.08.2006 136 Balg CF150 Länge 125 (115) muß konstruiert w erden

67 Kicker 137 ___Blende vorn 100x40R100 muß konstruiert w erden

68 65 Kicker-Magnet 1 U-IM 560 TK3MK2 Lager Großmontage unter ExpHalle + 21.08.2006 138 ___Blende hinten 94x40, CU D120+ muß konstruiert w erden

69 Kammer für Steerer/Kicker 1(3) TK3VU6 139 Ventil CF160, Stehbolzen LASEPseitig TK3VV1T / CF160 Flansch eingebaut + 00.00.0000

70 Netzteil für U-IM560 1(3) bestellen? Ramakers 21.08.2006 140 Strahltrafo 1 DS 150 TK3DT2 M. Kaiser / Reeg eingebaut / verschieben + 21.08.2006


Status/component listtype element units existing comment

box 4 4 o.k.beam transformer 3 3 o.k.phae probe 3 2 orderedprofil grid 3 2 orderedfaraday cup 2 2 o.k.slit (emittance) 2 0 to be designedslit (analysing) 1 1 o.k.dipole 4 0 orderedsweeper 1 1 o.k.kicker/steerer 3 1 orderedquadrupole duplett 1 1 o.k.dipole 3 3 o.k.sweeper 1 1 o.k.kicker/steerer 2 2 o.k.quadrupole duplett 2 2 o.k.

vacuum components to be defined ?partly in house

?

supportstechnical design until 12/2006

? 0 ?

power supplies

magnets

beam diagnostics


Dipole magnets

dipole 1

dipole 2

dipole 3

dipole 4

segment(for dipole 1)

• 01/2006 specification

• 02/2006 call for tender

• 04/2006 ordering

• 12/2006 delivery to GSI


Dipole chambers

copper layers

copper layers

copper layers

water cooling


Technical Layout

Charge separator system

New beam diagnostics test bench


Project Status

type element units existing commentbox 4 4 -beam transformer 3 3 -phase probe 3 2 orderedprofil grid 3 2 orderedfaraday cup 2 2 -slit (emittance) 2 0 to be designedslit (analysing) 1 1 -dipole 4 0 orderedsweeper 1 1 -kicker/steerer 3 0 orderedquadrupole duplett 1 1 -dipole 3 3 -sweeper 1 1 -kicker/steerer 2 2 -quadrupole duplett 2 2 -

vacuum components not defined ?partly in house

to be designed

supports not defined - 0 to be designed

power supplies

magnets

beam diagnostics

Components

element units per unit [l/min] total [l/min]

dipole magnets 1,2 2 138 276

dipole magnets 3,4 2 120 240

dipole chambers 4 5 20

steerer, sweeper 4 5 20

quadrupole duplett 1 10 10

beam diagnostics (fc, slits) 5 5 25

total: 591

cooling water(esimated for LASEP+beam diagnostics bench)

• advanced beam dynamics fixed• new beam diagnostics test bench design/techn. layout• dipoles ordered• most of the components in house/ordered• dipole chamber (specs, call for tender, ordering) 2007• carriage system (specs, call for tender, ordering) 2007• preparation of controls system

• additional beam diagnostics defined, partly ordered• technical layout/drawings of the whole beam line• shutdown planning 2007• planning of infrastructure (media, cable) started• no show stoppers


Working Plan

(pre-)assembly of the complete charge separator

Insertion in the transfer line


Investment, personnelInvestment 2006 2006 2006 2006 2007 2007 2007 2007 2008

Tasks/Milestones 1st quarter 2nd quarter 3rd quarter 4th quarter 1st quarter 2nd quarter 3rd quarter 4th quarter 1st quarter sum

Task1:Dipole m agnets for the charge state separator 57,27 0 0 0 114,54 19,09 0 0 0 190,9

Task2:Dipole cham bers and vacuum com ponents 0 0 0 0 30 30 25 0 0 85

Task3:

Integration 0 0 0 0 15 10 15 10 0 50

Task4:Mounting concept and com m issioning (alignm ent) 0 0 0 0 0 20 15 15 0 50

Task5:new stripper concept+beam diqagnostics test bench

0 2,5 4,5 14 49 3 2,5 2,5 0 78

sum 57,27 2,5 4,5 14 208,54 82,09 57,5 27,5 0 454

Personell

Tasks/Milestones S+

T E S T E S T E sum

Task1:

Dipole m agnets for the charge state separator 0,1 0,1 0,2 0 0 0,2 0 0 0 0,6

Task2:

Dipole cham bers and vacuum com ponents 0,1 0,1 0,1 0 0 0,1 0 0 0 0,4

Task3:

Integration 0,1 0,1 0,1 0 0 0,1 0 0 0 0,4

Task4:

Mounting concept and com m issioning 0,2 0,2 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5 0,5 1,4

sum 0,5 0,5 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 0,5 0,5 2,8

2006 2007 2008

techn. (3Y), 01/03/2006

eng. (3 Y/50%), 01/02/2006

EU-personal hired:

GSI-personal:

- scientist (50 %)

- task 5/senior scientist (temporarily)

• steerer (24 k€)

• phase probe (5 k€)

• SEM-grid (11 k€)

• High current slits (23 k€)

• techn. layout/ext. (15 k€)

(basic approach: 465 k€)


Beam Dynamics III

Charge Separation

Emittance GrowthL. Groening

sis 18-6 (charge seperator), w. barth, annual meeting, eu construction (cni) contract...

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