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Le LINAC HELIOS

Le LINAC HELIOS. H undred MeV E lectron L inac I njector O f S OLEIL - Où est le Linac dans SOLEIL ? - Les différents éléments du Linac - Son installation - Le Commissioning . Le Linac dans SOLEIL. HELIOS 15 m de long E < 150 MeV. Composants du Linac. Réseau RF.

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Le LINAC HELIOS

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  1. Le LINAC HELIOS HundredMeVElectron LinacInjectorOf SOLEIL - Où est le Linac dans SOLEIL ? - Les différents éléments du Linac - Son installation - Le Commissioning ROSCOFF 10 octobre 2005

  2. Le Linac dans SOLEIL HELIOS 15 m de long E < 150 MeV ROSCOFF 10 octobre 2005

  3. Composants du Linac Réseau RF Mûr de radioprotection Modulateur Klystron 90 keV Canon à électrons Klystron TH 2100 35 MW Cleaner 15 MeV Groupeur Sortie Linac : 100 à 150 MeV 8 nC, 10 Hz 2 x 50 MeV Section accélératrice ROSCOFF 10 octobre 2005

  4. Linac : Machine clé en main • Juin 2002 : Appel d’offre. • Septembre 2002 : Signature du contrat avec THALES communication. • Juillet 2003 : Fin de l’étude commune SOLEIL + THALES. Dossier final de conception approuvé par SOLEIL (référence du Linac). • Simulation du faisceau • Fabrication en usine des différents éléments ROSCOFF 10 octobre 2005

  5. Caractéristiques du faisceau Taux de répétition: 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour tests linac Dispersion d’énergie < 1.5 % Emittance normalisée < 200  mm mrad • Mode CPM • Pulse continu durant 300 ns • Mode LPM • Pulses de 1.4 ns à 352 MHz durant 500 ns • (296 ns pour injection booster) • Macro pulse : courant moyen 30 mA • Macro pulse : charge totale 8 nC (296 ns, 27 mA) • Mode SPM • 1, 2, 3 or 4 pulses de 2 ns FWHM • courant pulsé 250 mA (0.5 nC) ROSCOFF 10 octobre 2005

  6. Canon • Une triode à émission thermoïonique : 90 kV • 2 pompes ioniques (65l/s) : P<10-9mbar • Taux de répétition : 3 Hz pour injection booster 10 Hz pour essais Linac Grille Cathode  = 8mm Cabine HT Bride Cage de protection à la masse Câble HT Transfo. d’isolement (-150 kV) Cathode EIMAC Y-845, montée sur bride.Surface d’émission : 0.5 cm², 2 A max. Alim. -100 kV Canon à l’intérieur de sa céramique Modulateur canon ROSCOFF 10 octobre 2005

  7. Cleaner(filtre le faisceau en mode SPM) Déflecteur extrêmement rapide : élimine le faisceau parasite provenant du canon entre deux pulses courts et coupe les ailes. Fenêtre de 2 ns Coaxial feed-through Utilisation d’un collimateur circulaire : le faisceau parasite de 90 keV est défléchi par une tension de 700V DC. De 0 à 700V en 2ns Collimateur circulaire  = 6mm Faisceau défléchi avec 700V DC Distribution transverse au collimateur pour un courant de 0.1 à 1 mA de courant parasite ROSCOFF 10 octobre 2005

  8. Prégroupeur et groupeur CAVITE DE PREGROUPEMENT mode TM010 (3GHz) Forme circulaire : éviter le multipactor Modulation sinusoidale ± 10 kV avec 80 W Fréquence : 2998.300MHz à 37.5°C GROUPEUR Structure à onde stationnaire mode pi/2 E=15 MeV pour P= 5MW Fréquence:2998.300MHz à 37.5°C Pompe ionique (100 l/s) :P<10-8mbar Cavité de prégroupement avant brasage 1 mètre de long, 15MeV ± 10 kV P= 80 W 5 MW Guide d’onde entrée RF Solénoïde groupeur 2000Gauss Cavity TM 010 Beam axis Champ électrique (SUPERFISH) ROSCOFF 10 octobre 2005

  9. SECTIONS ACCELERATRICES (2 installées sur le Linac et la troisième en rechange) RF output • Proviennent du LIL • (Linac Injector of LEP) au CERN • Structure à onde progressive : • 4.5m de long, mode 2/3 • Champ moyen : 10 à 15MV/m • Gain d’énergie sans faisceau : • 60MeV pour 15MW de puissance RF • Temps de remplissage: 1.35s • Fréquence : 2998.300MHz à 35°C • 2 pompes ioniques (100 l/s) : P<10-8mbar RF input Beam input ROSCOFF 10 octobre 2005

  10. SDCS General Linac supervisor SDCL Local Linac supervisor Mod1 Local modulator1 control Gun Local gun control HUB Aux Local other elements control Mod2 Local modulator2 control Eléments magnétiques Contrôle-commande • Interface LabVIEW • 6 PC: 4 dans le hall RF • 1 dans la salle de contrôle Linac (SDCL) • 1 dans la salle de contrôle SOLEIL (SDCS) • PC SDCL : Superviseur local • (accès à tous les réglages) • PC SDCS : Superviseur général Linac • (accès limité aux réglages : utilisateurs) • PC Mod1: Contrôle local modulateur 1 • PC Mod2: Contrôle local modulateur 2 • PCGun : Contrôle local canon • PC Aux : Contrôle local autres éléments • (fluides, vide…) Eléments Magnetiques Lentille Champ sur l’axe : 870Gauss Lentille de Glaser Champ sur l’axe : 3800Gauss Triplet Gradient: 6.5T/m ROSCOFF 10 octobre 2005

  11. Système hydraulique • Le Linac possède sa propre station de refroidissement à partir des 2 réseaux SOLEIL (21°C et 30°C) • Deux fonctions différentes : • Le refroidissementdes différents éléments de puissance (Klystrons, éléments magnétiques, les alimentations et les charges RF) • La régulation de température des différentes structures HF (prégroupeur, groupeur, sections) Stabilité de la température de l’eau< ±0.1°C entre 33 et 39°C • Trois réseaux distinctes stabilisés : • 1. Le prégroupeur et groupeur • 2. La première section • 3. La seconde section ROSCOFF 10 octobre 2005

  12. Sources de puissance RF: 2 klystrons TH 2100 (THALES) 35MW max. • K1 : 5MW vers le groupeur • 12MW vers la première section • K2 : 12MW vers la deuxième section Fonctionne à 20 MW • Chaque klystron est sous - exploité : un aspect de la fiabilité  Fonctionne à 25 MW Modulateurs et klystrons Un klystron avec sa cuve d’huile et son focalisateur avant d’installer les protections de plomb. Ligne à retard et Thyratron ROSCOFF 10 octobre 2005

  13. ----- Normal operation ----- Rescue operation K2 K1 SW1 SW2 Buncher S1 S2 Fiabilité : Mode secours Lorsqu’il est nécessaire de changer un klystron (K1 ou K2), un système de double switch HF (SW1, SW2) sur le réseau HF, permet de toujours injecter de la puissance HF (avec K1 ou K2) dans la tête de machine (groupeur et section 1). Dans ce cas, le Linac fourni un faisceau de 70 MeV qui peut être injecté dans le booster. ROSCOFF 10 octobre 2005

  14. RF hall Tunnel Construction des bâtiments Janvier 2004: Début de la construction des bâtiments Septembre 2004: Les locaux du Linac sont prêt pour l’installation Octobre 2004: Début de l’installation du Linac ROSCOFF 10 octobre 2005

  15. Installation du Linac:Système hydraulique(11/10/04  15/11/04: 1 mois) • Arrivée de la tuyauterie • Mise en forme du réseau hydraulique (Hall RF et tunnel) : découpe et soudure sur place • Arrivée de l’unité de refroidissement Tunnel RF hall ROSCOFF 10 octobre 2005

  16. Installation du Linac:Ligne de faisceau(22/11/04  06/12/04 (alignement)): 3 semaines Première livraison : La ligne de faisceau arrive! Un jour de manutention avec: • Section 1 • Section 2 • Differentes poutres • Prégroupeur • Groupeur • Eléments magnétiques • Diagnostics (FCT, écrans de position) • Eléments RF L’alignement a été fait juste après l’installation ROSCOFF 10 octobre 2005

  17. Installation du Linac : Sources RF6/12/04 21/12/04: 2 semaines • Seconde livraison: Les sources RF • Klystrons avec cuves à huile et focalisateurs • Modulateurs • Différentes baies Après 1 semaine : Le hall RF est prêt pour l’installation des klystrons ROSCOFF 10 octobre 2005

  18. Installation du Linac : Sources RF 6/12/0421/12/04: 2 semaines Installation des klystrons avec leur focalisateur en un jour ROSCOFF 10 octobre 2005

  19. Installation du Linac : Réseau RF 6/12/04  21/12/04: 2 semaines Le réseau RF est presque terminé. THALES a attendu la fin de l’installation pour déterminer la bonne longueur des transitions des guides d’onde. ROSCOFF 10 octobre 2005

  20. Installation du LinacFin janvier 2005 : Après ~ 3 mois En accord avec le planning de THALES Le Linac est prêt pour démarrer les tests. ROSCOFF 10 octobre 2005

  21. Tests du Linac Nous devons avoirl’autorisation officiellede la DGSNR pour mettre de la puissance RF dans l’installation • Avril 2005: Nous obtenons l’autorisation • Nouveau planning de THALES en accord avec ses sous-traitants • Le réseau fluide (30°C) a été obtenu à la mi avril  Les tests du Linac par THALES, avec puissance RF, ont démarré en mai ROSCOFF 10 octobre 2005

  22. Tests du Linac :Les premiers essais • Système hydraulique • Réseau fluide testé: OK •  Un problème avec une charge RF (fuite d’eau) => changée • Commande contrôle: OK • Commande contrôle • Tout le Linac est contrôlé du poste de commande Linac • Klystrons:Test avec une charge RF • Mesures de radioprotection: OK • K1 et K2 validé ROSCOFF 10 octobre 2005

  23. Formation du groupeuren ½ s !!!! • Premier tests:3 MW de RFdurantquelques heures • Effet multipactor apparu : la RF ne rentre plus • Analyse endoscopique faite : aucune irrégularité présente • Reprise de la RF : Démarrage à bas niveau, le seuil fut passer : La RF rentre de nouveau • « Une cavité se forme avec de longue période de RF » : 8h;6h;8h à 1Hz 5h à 3Hz (impulsions de 4µs) ROSCOFF 10 octobre 2005

  24. Les autres structures RF • Prégroupeur : • (simple cavité) • Nouvelle cavité • aucun problème • Sections accélératrices : • (onde progressive) • Déjà vue de la RF ROSCOFF 10 octobre 2005

  25. Diagnostics faisceau • Le long du Linac (15m): • 5 FCT: analyse transmission • 3 écrans de position ROSCOFF 10 octobre 2005

  26. LINAC : Interface de contrôle général LabVIEW ROSCOFF 10 octobre 2005

  27. Diagnostics faisceau Le long de LT1 (16m): -1 FCT: analyse transmission - 3 écrans de position - 2 MC: mesure de la charge - Fente d’analyse: mesure de l’énergie - Mesure d’émittance (ligne directe) MC2 ROSCOFF 10 octobre 2005

  28. LT1 : Interface de contrôle général GlobalScreen M-A. Tordeux ROSCOFF 10 octobre 2005

  29. Premier faisceau: 2 juillet Faisabilité du premier faisceau 100MeV Mesure de radioprotection : Test en semaine Poste de commande Local ROSCOFF 10 octobre 2005

  30. Premier faisceau: 2 juillet Faisabilité du premier faisceau 100MeV Mesure de radioprotection : Test en semaine Le cœur du Linac bat! ROSCOFF 10 octobre 2005

  31. COMMISSIONING(en cours) 2 parties distinctes: • Réception technique du Linac: • Hydraulique (Régulation, stabilité) • Sources RF (Puissance, radioprotection, stabilité) • Réseau RF (Etanchéité, puissance) • Canon (Mode CPM, LPM, SPM) • Diagnostics (FCT, écrans de positions) • … • Dynamique de faisceau avec LT1 ROSCOFF 10 octobre 2005

  32. Mesures faisceau :Mesure d’énergie (avec la fente d’analyse) M-A. Tordeux Faisceau 66MeV Faisceau 110MeV Interface de la mesure d’énergie ROSCOFF 10 octobre 2005

  33. Mesures faisceau :Mesure d’émittance M-A. Tordeux Réglages de la mesure des trois gradients Profil de l’image Représentation elliptique Calcul paramètres de Twiss Analyse des gradients Exemple du système optique de la mesure d’émittance Interface de la mesure d’émittance ROSCOFF 10 octobre 2005

  34. Mesures faisceau • Faisceau à 66 MeV (sans S2) en mode CPM en charge réduite 1nC (16 mA, 70 ns) pour minimiser le beam loading • Calage de la HF avec le déphasage groupeur-section 1: 15 MeV (groupeur) et 51 MeV (S1) • Variation de température des structures RF • Variation puissance HF • Faisceau 100 MeV avec S2 • Faisceau LPM pour injection booster ROSCOFF 10 octobre 2005

  35. Ce qu’il reste à faire ! • Faisceau à 8nC • Faisceau SPM: calage du cleaner • Mesure d’émittance • Mode dégradé • Réception du faisceau aux différents modes Réception finale du Linac par SOLEIL fin octobre ROSCOFF 10 octobre 2005

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