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

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.

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

LINAC – CMA =0,07

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

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

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

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

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

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

LINAC – CMB = 0.12

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

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.

CMB

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

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

LINAC Power coupler

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

18

19

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)

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

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)

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

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

Merci pour votre attention