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Journées accélérateurs SFP - Roscoff - Octobre 2005

La ligne diagnostics haute énergie de IPHI

Patrick Aussetpour l’équipe « Ligne diagnostics »

Journées accélérateurs SFP - Roscoff - Octobre 2005

IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHIIPHI

Diagnostics:• Mesure Intensité: 1 D.C.C.T et 1 A.C.C.T• Mesure position faisceau: 6 électrodes P.U.• Mesure énergie: 3 électrodes P.U.• Mesure dispersion énergie: 2 fentes + 1 C.F.• Mesure profils: 1 W.S., mesure optique, protons rétrodiffusés• Mesure des températures tube à vide par thermocouples

Vide: Pmoyen = 6 x10-6 Pa

Bloc d’arrêt 300 kW

Éléments magnétiques:• 1 dipole• 1 triplet de Qpôles • 2 doublets de Qpôles• 5 correcteurs H et V

Journées accélérateurs SFP - Roscoff - Octobre 2005 Patrick AUSSET

Bloc d’arrêt: 300 kW

Mode de fonctionnement:

• C.W. • Mode pulsé typ.: Durée: 0.5 ms - Rep: 1s

IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: faisceaulogieIPHI

15

00

430 750 1900

28

30

1300

880

1500

R

450

500

400

2830

1600 450


IPHI Ligne Diagnostics haute énergie IPHI: Mesure intensitéIPHI


15

00

430 750 1900

28

30

1300

880

1500

R

450

500

400

2830

1600 450

D.C.C.T.:Fonctionnement C.W. :Sensibilité: 1V / 20 mABande passante: D.C.- 3.5 kHz

A.C.C.T.:Fonctionnement en mode pulséSensibilité: 1V / 20 mABande passante: 5 Hz- 6.5 MHzBruit: 10 μA

IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: Mesure positionIPHI Caractéristiques du faisceau:• β=0.08 • I = 100 mA CW et E = 3 MeV

( Φint = 66mm)somme des paquets vus par le 2ème BPM

0.E+00

1.E-09

2.E-09

3.E-09

4.E-09

5.E-09

-136.2E-3 -68.1E-3 -6.0E-6 68.1E-3 136.2E-3 204.2E-3 272.3E-3 340.4E-3 408.5E-3

z en m

l en

Co

ulo

mb

/mèt

rre

N° BPMI fond. mA eff.

Vélec. dBm

1er 16.5 -2

2ème 4.4 -13

3ème 4.8 -13

4ème 0.7 -35


IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: Mesure positionIPHI

Pas dedéplacement

du fil: 5 μm

Sortie Bergoz en fonction du courant "fil"(déplacement sur l'axe des X)

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56

mm

sortie X (Volt)

1.7 uA

9.9 uA

17 uA

50 uA

157 uA

499 uA

1.7 mA

ondulation

Sensibilité mesurée 17.0 µm / mV

)80(330)70(41)60(21 dBmmVmdBmmV

mdBmmVm

02468101214161820

-80 -60 -40 -20 0

milliVolt rms

Entrées en dBm

0.17 mm

0.34 mm

Bruit X Y (cartes Log Ratio)


IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: Mesure positionIPHI


430 750 1900 15005001600 450

Electrodes P.U.:- Button : 22 x 22 mm- Φint :66mm- C ~ 9 pF

Acquisition électronique :• Type Log ratio• C.W. et mode pulsé >0,2 ms• I faisceau : 100 µA - 100 mA • Erreur absolue de mesure : ± 150 µm• Mécanique: 100 µm – Electronique: ± 50 µm

IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: profils transversesIPHI

- Fil carbone - = 33 µm - Gain : 1V/mA- Profil H et V- max F = 10cm

2- fluorescence du gaz résiduel ou d’un gaz ajouté(fonctionnement pulsé et C.W.)

1- Wire Scanner (fonctionnement pulsé)

Size

l

44 45 46 47 48 49

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Proton beam shapeTi d=500m

resp

on

se

Position

full spectrum proton elastic current on wire gamma

3- Mesure par protons rétrodiffusésfonctionnement pulsé. Tandem IPNO

Profil horizontal I=36 mA Isol1=Isol2=110A HT=+100V pas de 100µm

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0 20 40 60 80 100

Position (mm)

Am

plit

ud

e (

V)


IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: Mesure énergieIPHI


01020304050607080

0 0.5 1 1.5 2

Z(m) (0 sortie RFQ)

Sig

ma

(d

eg

)

430 750 1900 15005001600 450

• Temps de vol entre 2 électrodes P.U. electrodes: 1.4 mΔE/E = 10-3 : ΔΦ= ±1°; ΔL = ± 0.1mm• Gamme de mesure en intensité: ~1 mA – 100 mA

0 dBm - If = 100 mA -6 dBm - If = 100 mA

IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: Dispersion EnergieIPHI


430 750 1900 15005001600 450

• Fente objet: Reste à concevoir.• Fente imageMode pulsé : Résolution souhaitée 10 keV

Coupelle de Faraday: I > 0.5 μA

IPHI Ligne Diagnostics haute énergie IPHI: Diagnostics spécifiquesIPHI

Gestion des pertes «faibles » de faisceau:Perte de 300mW/cm, sur 4m:Perte de 300mW/cm, sur 4m:T=40° avec temps d’établissement ~ 1h40 - Mesure température tube à vide :32 acquisitions thermocouples /s.

Gestion des pertes «fortes » de faisceau: - Jauges à vide rapides (Tr ~ 18 ms)

Design de la fente objet: mesure de la dispersion d’énergie

• Matériau initialement envisagé: Nickel• Faisceau : 100mA – 1 ms - 1 s• Régime transitoire:Tmax > 1000° C


• Choix nouveau matériau:C, TZM …• Mesure: Cycle utile à optimiser

IPHI Ligne Diagnostics haute énergie IPHI: Bloc d’arrêtIPHI

Campagne d’irradiation au Tandem: Cuivre abandonné, Nickel 201 massif retenu• Design mécanique initial IPNO: 120 W/cm2 max L.P.S.C.:• Design mécanique fait: Cône L = 1,6m. (3 mm) . • Thermomécanique et refroidissement: - dépôt énergie 120 W/cm2 , T max nickel : 150 ° C - Circuit fermé d’eau déminéralisée : 5 bar, débit 300 l/mn, ΔT= 15 °C.


IPHI Ligne diagnostics haute énergie IPHI: ConclusionIPHI


Les diagnostics de la ligne haute énergie de IPHI permettent la caractérisation du faisceau accéléré par le RFQ.

La conduite des faisceaux de forte intensité nécessitent:- Le développement de capteurs interceptifs spécifiques : étude thermomécanique préalable: wire scanner; fente de dispersion d’énergie.- Le développement de capteurs non interceptifs: mesure des profils

Les risques liés à la conduite d’un faisceau de 300 kW sont gérés par le suivi:- De la température du tube à vide de la ligne diagnostics,- De la pression par des jauges à faible temps de réponse.

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