GENEPI-3C : générateur de neutrons pour le programme GUINEVERE

1. GENEPI-3C : générateur de neutrons pour le programme GUINEVERE Maud Baylac, LPSC-Grenoble, Journées accélérateurs de Roscoff - 2009 H.Aït Abderrahim, P.Baeten, P.B.Bard, A.Billebaud, G.Bergmans, P.Boge, D.Bondoux, J.Bouvier, T.Cabanel, P.Desrues, Y.Carcagno, G.Dargaud, JM. De Conto, E.Froidefond, G.Gaudiot, JM.Gautier†, Y. Gómez Martínez, G.Granget, G.Heitz, M.Heusch, B.Launé, D.Marchand, F.Mellier, Y.Merrer, R.Micoud, E.Perbet, M.Planet, P.Poussot, D.Reynet, C.Ruescas, J.P. Scordillis , D.Tourrès, D. Vandeplassche, F.Vermeersch, G.Vittiglio • CNRS/IN2P3 SCK•CEN, BelgiqueCEA/DEN

2. Contexte et objectifs • Etudes des systèmes nucléaires dédiés à l’incinération des déchets nucléaires • Programme des réacteurs pilotés par accélérateurs : • Accelerator Driven Systems • GUINEVERE consiste en: • une expérience de couplage (à puissance nulle) entre le • réacteur rapide VENUS-F (SCK-CEN, Mol, Belgique) et une source • de neutrons externe versatile (GENEPI-3C) • et répond au besoin d’un • instrument pour poursuivre les programmes expérimentaux dédiés au pilotage et contrôle des réacteurs sous-critiques pilotés par accélérateur préliminaires à la réalisation d’un ADS de démonstration •  Programme EUROTRANS/ECATS 6ème PCRD Européen

3. Generator of Uninterrupted Intense NEutrons at the lead VEnus REactor • GUINEVERE prendra la suite logique du programme expérimental MUSE-4 (FP5) et permettra: • le suivi en ligne de la réactivité par l’investigation de la proportionnalité courant/flux • la détermination des conditions d’application des méthodes de • calibration de la réactivité dans les « beam trips » • l’investigation des procédures de contrôle de la réactivité • pendant les opérations de chargement et démarrage du réacteur • dans un système représentatif d’un démonstrateur d’ADS(spectre de neutrons rapide, caloporteur plomb, faisceau continu)

4. Spécificités de GUINEVERE • Amélioration depuis MUSE4/GENEPI-1 & nouvelles spécifications • - Couplage vertical • - Source de neutrons opérable en mode pulsé et continu • Réacteur (SCK•CEN) : VENUS-F • - Modification de VENUS (modéré à l’eau) en réacteur rapide (Plomb) • - Combustible et plomb fournis par le CEA (Cadarache) • Extension du bâtiment pour accueillir l’accélérateur au dessus du réacteur • Construction d’une nouvelle source de neutrons (IN2P3) : GENEPI-3C • - Source versatile (pulsé et DC) • Ligne verticale mobile pour insertion (et rétrait) dans le cœur

5. GENEPI-3C : spécifications faisceau • GEnérateur de NEutrons Pulsé & Intense • - Accélérateur électrostatique de deutons (240 keV) • - Production de neutrons (14 MeV) par la réactionT(d,n)4He • Accélérateur capable de produire alternativement • - Mode pulsé intense • Courant crête : 40 mA • FWHM < 1 μs • Taux répétition : 10-5000 Hz • Mode continu • faisceau DC • interruptions programmables • Source unique pour produire les différents modes de courant DC mode

6. Les débuts de GUINEVERE • Les premières discussions avec le SCK•CEN : 2006 • faisabilité, implantation de la machine • Financement : Décembre 2006 • Collaboration IN2P3 • LPC Caen • IPN Orsay • IPHC-DRS Strasbourg • LPSC Grenoble Oct. 2006

7. Conception de l’accélérateur (2008) Source d’ions à la HT Sélection (dipôle) Blindage Focalisation (quadripôles électrostatiques) Cible

8. GENEPI-3C couplé à VENUS-F Salle de ventilation GENEPI-3C Dipôle Salle de contrôle accélérateur Coeur de VENUS-F Salle de contrôle réacteur

9. Source d’ions • Duoplasmatron : générer le faisceau de D+ • adapté au mode pulsé • utilisé sur les machines précédentes • Etudes pour atteindre les spécs. DC • efficacité d’ionisation D+ ~ 40% • Plupart des spécs. atteintes • 1 mA D+ • interruptions programmables • transitions ON/OFF ~ μs • Pilotage des interruptions : en cours coils filament intermediate electrode Rise time ~ 5 µs Drop time ~ 2-3 µs anode Extraction & focusing (electrodes up to 60 kV)

10. Dipôle (IPNO) - 1 • Déviation du faisceau vers la ligne verticale & séparation magnétique • Aimant en C, déviation 90º, 0.5 m rayon, 0.2 T, 31º faces • Aimant doit être mobile pour permettre le dégagement de la ligne V • Système de refroidissement avec des contraintes très strictes de protection contre les fuites (aimant directement au dessus du cœur) Dipole magnet (out position) • Unité de refroidissement Déportée de la pénétration dans le bunker • Conducteurs Fibre de verre + résine epoxy • Electrique et hydraulique Double enveloppe + carters étanches + détection humidité

11. Dipôle - 2 • La chambre doit accommoder • Collecteur de deutons (D2+, D3+ extraits de la source) • Téléscope à protons de recul en vue directe de la cible Location of bunker penetration Port for p telescope Deported cooling unit Ion collector Dipole Dipole (in position) & cooling system

12. Insertion de la ligne verticale (LPC Caen) • Positionnement de la cible montée sur le doigt de gant au centre du cœur • Certaines sections de la machine sont mobiles pour permettre les changements de cible et la maintenance du coeur • dégagement horizontal du dipôle • ligne verticale hissée au pont • Ligne V & blindage dans une structure, guidée aux niveaux haut et bas Barres de sécurité Barres de contrôle Doigt de gant Encombrement ligne V (bas) FA (80x80 mm2) Cœur vu de dessus

13. Mouvements de la ligne verticale

14. Stockage de la ligne verticale (SCK•CEN) • Support de la ligne pour les maintenances • Stockage de la ligne hors utilisation

15. Cible de Tritium • Support de cible : disque de cuivre (IPHC) • Dépôt de TiT (12 Ci) : SODERN • Montée en bout du doigt de gant - Material: high purity copper OFHC - Diameter: 60 mm - Thickness: 1.5 mm - Back side: -Pin fin size: 2.4x2.4x7 mm3 -Diameter of pin area: 40 mm - Titane deposit: 1100 µg/cm2, diameter: 40 mm - Tritium loading (by impregnation): 12 Ci - Titanium hydrideρ=4.2 g/cm2 - T/Ti ~ > 1.5

16. Refroidissement de la cible (IPHC) • Spécifications et contraintes • Puissance faisceau : 250 W (mode DC) • Réacteur non refroidi: T ~ 45° en fonctionnement • Echauffement : minimal pour limiter la désorption du Tritium • Pas de matière hydrogénée dans le coeur (ralentissement des neutrons dans un coeur rapide ) • Volume disponible très limité ~ 110x110 mm2 • Système de refroidissement à air comprimé • Refroidisseur & sécheur (6 bars) • Diffuser au dos de la cible, avec 4 arrivées d’air

17. Doigt de gant et équipements cible (IPHC) • Doigt de gant avec diffuser au dos de la cible • Mesure de courant & température sur cible • Détecteur Silicium en entrée de doigt de gant pour mesurer α de recul Thimble Diffuser Thermocouples isolated (2 used for redondancy) Current measurments (1 used, 1 spare)

18. Commissioning • Machine intégralement assemblée et testée au LPSC avant son transfert vers Mol • Développements sur la source d’ions en parallèle sur banc test dédié • Mise en œuvre et commissioning en 3 étapes • au fur et à mesure de la construction • configuration minimale • source d’ions à la HT • configuration intermédiaire • + ligne H, dipôle, tronçon V court • configuration complète Minimale Intermédiaire Complète

19. Configuration minimale • Assemblage et tests : Décembre 2008 • Premiers faisceaux pulsés Pulsed beam at 220 keV After SEM correction in Faraday cup I peak ~ 70 mA Similar to GENEPI-1 total source output Arc Beam Faraday cup

20. Configuration intermédiaire • Faisceau en bout de ligne à la mise en route initiale : Avril • “Transmission” après sélection magnétique I(end)/I(source) ~ 70% • caractéristique du mode pulsé intense • Tests et debug des équipements jusqu’au tronçon T2 • Tests d’interférence avec les • chaines de mesure réacteur : OK • Neutrons parasites (collecteur) • blindage chambre aimant LPSC, March 2009

21. Configuration complète • Tests : Juillet-Août • profilomètre en bout de ligne • puis, doigt de gant en cible inerte • Tests des équipements et du C&C • Mesure de profil par diag. à fils • avec motorisation pas-à-pas inerte • Transport des faisceaux • Pulsé intense : 40 mA sur cible • Continu : 150 µA à ~ 1.2 mA • Validation des mouvements : aimant, ligne V • Validation des refroidissements • collecteur deutons de l’aimant • faisceau 250 W sur cible, maquette du canal d’insertion, • T max ~ 12 °!! pb de condensation  à optimiser Ligne V Diag D2 + qq dégâts, mais tous compris

22. Démontage et transfert • Démontage et emballage de la machine : sep. • Transport vers Mol : fin sep. – début oct. • 3 camions • cellule logistique du CNRS • 16 tonnes de matériel • Coût estimé ~ 1 M€

23. Démontage et transfert

24. Construction de la salle accélérateur au SCK•CEN Avril 2009

25. Réception et remontage au SCK•CEN + un peu de casse

26. Ligne verticale : acheminement

27. Ligne verticale : manipulation et stockage

28. Conclusions & perspectives • Encore des développements sur la source - Interruptions programmables en mode DC - Pilotage du courant pour le couplage • Achever l’assemblage de la machine au SCK•CEN : Décembre • Présentation du dossier de sureté aux autorités belges : Décembre pour obtention de l’autorisation de « licensing » • Chargement du cœur VENUS-F & débuter le programme de physique : Janvier/Février 2010 This work is partially supported by the 6th FP through the EUROTRANS Integrated Project contract # FI6W-CT-2005-516520