CEA DSM Irfu 1/12/2009- Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu1 ELECTRO-POLISHING VERTICAL (EPV) AT...

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ELECTRO-POLISHING

VERTICAL (EPV) AT SACLAY

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BUT INSTALLATION

Traitement Tesla-shape 9-cell cavity (ILC Hi-Grade)

Traitement Cavité Proton 5-cell (Programme EuCard)

Implantation Zone Supratech Chimie-Salle Blanche

Décaissé -650 mm

X

Aire en pente vers décaissé

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DESIGN DE L’INSTALLATION

Ingénierie sous-traitée à Auxitec (Saint-Priest)

Actuellement: Fin APS

Fin de l’étude programmée pour janvier 2010

Estimation de la fabrication (à 20%) donnée en fin d’étude

Nouvel appel d’offre lancé pour la fabrication

(Ex de sociétés: ACMEL, CORELEC, CERMAP…)

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Acide en Circulation: 0 – 40 L/min

Retour de l’acide en gravitaire vers cuve

Alim: 20 V 2kA? (à confirmer)

Refroidissement < 16 kW (serpentin téflon dans cuves)

Balayage azote des cuves et cavité pour inertage H2

Débit N2 = 6 x débit H2

Insertion chaussette autour de la cathode pour faciliter débullage

2 cuves d’acide: Possibilité d’alterner EP et BCP

Installation cloisonnée, mais à ciel ouvert (utilisation pont-roulant)

Cuves d’acide et cavité capotées dans des cloches

CARACTERISTIQUES DE L’INSTALLATION

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N2 Dilution

Tank + cavity

Extracteur

20V, 2kA

cathodeQg

Qg

Qg

Cavity rinsingAcid filling

Over filling exhaust

Cooling water

Tank rinsing

Tank Acid1

Liquid exhausts

filters

filters

Tank Acid 2

N

Qa

NT T

T

Tair

H2 sensor

N: Level sensor

T: Temperature sensor

Qg/Qa: Acid/gaz flowmeter

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N

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MATERIAUX (en discussion)

Pompe alimentation ASTI PFA

Amenée d’acide en PFA (DN 25)

(Zone de plus forte contraintes, zone de maintenance difficile)

Retour gravitaire en PVDF (DN 32)

(Peu de contraintes, maintenance facile des vannes)

Possibilité PVC-C? (expérimenté sur EP mono-cellule)

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EPV PID Les Vannes

RinçageCollecte

Acide 1Acide 2

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SECURITE (non exhaustif)

Boutons arrêt d’urgence en zone chimie et à l’extérieur

Présence d’un dévésiculeur pour protéger réseau extraction / HF

Différents capteurs sur la manip:

Température cuve

Température cavité (2ème seuil → mise en drapeau)

Niveau haut cuve

Niveau haut cavité → by-pass pompe

Niveau très haut cavité: évacuation de trop plein

Détecteur H2 → Mise en drapeau (évite classification ATEX dans cloches)

Pb extracteur → Arrêt Alimentation Azote

Mise en drapeau: vidange manip + arrêt courant

Information reportée sur automate + girophare + klaxon

Capteurs « en série »

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PARAMETRES / R&D

Cavité Tesla: Paramètre EP horizontal: 17V 10L/min

Cavité 5-Cellules SPL: Low-Voltage Electro-Polishing?

Avec ou sans filtration de l’acide

Etude Cathode (profil / zone masquées)

Répartition du potentiel

Etude thermique

Distribution du fluide

ETUDE COMSOL ENVISAGEE (Stage) Modèle 2D axi-symétrique.

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LOW VOLTAGE ELECTRO-POLISHING (I)

Intensity and Temperature as a Function of Time, C1-21 cavity, 5.4V, Standard '1-9' Mixture

0

5

10

15

20

25

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000Time (s)

I (A

)

-2

3

8

13

18

23

I (A)

Ttank °C

Tcavity (°C)

°C

I(V) Vs Ag/AgCl 1volHF_48% - 9volH2SO4_95%

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-3 0 3 6 9V Vs Ag/AgCl

Inte

nsi

ty (

A)

15°C18°C stirring

Goal: Test to EP in the oscillation regime at low voltage (~ 5V)

Characteristic oscillation regime at

low potential

The Process is very stable: Repetitive and Characteristic Oscillations

Why:

• Decreased power consumption

• Decreased sulfur production?

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Does a cathodic overpotential lead to an increased sulfur generation?

→Two Niobium samples electro-polished at 5V and 20V for a similar heavy removal with 1-9-1 (HF-H2SO4-H2O) Mixture

Sample A, 20 Volts:

9.18g removed

Sample B, 5 Volts:

9.11g removed

Visible contamination for Sample A

→ We have compared impurities found in electrolytes A & B

LOW-VOLTAGE ELECTRO-POLISHING (II)

Cf THUPP070 SRF 2009

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EXTRACTION OF IMPURITIES IN ELECTROLYTE

CHCl3

EP CHCl3

H2O

2d extraction

x2

Chloroform is evaporated

EP

CHCl3 CHCl3 CHCl3

Chloroform is mixed with EP mixture to extract sulphur

Chloroform is mixed with UPW to remove acidity

SOLID IMPURITIES

x2

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TEST OF LOW VOLTAGE EP (5V) TO REDUCE SULFUR CONTAMINATION

SULFUR FOUND IN THE EP MIXTURE (200mL) AFTER TREATMENTS OF SAMPLES A AND B.

SULFUR EXTRACTED WITH CHLOROFORM:

Sample A (20 V) B (5V)

1st Rinse 4.5mg 2.6-2.7mg

2d Rinse 1.2-1.3mg 0.9-1.2mg

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1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 18CEA DSM Irfu

EXEMPLE ETUDE COMSOL (I)

Fluid velocity m s-1 steady state [HF] mol m-3 à 4000 et 2000 s

M. Bruchon

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EXEMPLE ETUDE COMSOL (II)

Fluid velocity m s-1 steady state[HF] mol m-3 à 4000 et 2000 s

Ailettes: meilleure

distribution de l’acide