Cryomodules A et B SPIRAL 2

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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 accélérateurs Roscoff 2013

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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 Presentation

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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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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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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

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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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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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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

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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