MESURES du COURANT FAISCEAU Sur l’accélérateur SPIRAL2

1. MESURES du COURANT FAISCEAU Sur l’accélérateur SPIRAL2 SFP Journées Accélérateurs 2011 C. Jamet, T. André, F.Lepoittevin, C. Doutressoulles, B.Ducoudret CEA-CNRS/GANIL, CAEN, FRANCE email:lepoittevin@ganil.fr Une nouvelle électronique a été développée au Ganil pour mesurer des courant provenant de diagnostiques interceptifs (Coupelles de Faraday) et non-interceptifs (Transformateur d’Intensité). Le but étant d’assurer des mesures de rendement, de suivi et de surveillance d’intensité Le principe employé consiste à effectuer une conversion linéaire (courant tension) permettant de faire des mesures de courant avec une grande précision sur une large gamme d’intensité.. Les diagnostiques et l’électronique sont présentés . Le projet Spiral2 se compose d’un accélérateur et d’une section faisceaux radioactifs. L’accélérateur, composé principalement d'une source d'ions, d'une source deuton, d'un RFQ et d'un linac supraconducteur, pourra accélérer des faisceaux de 5 mA de deutons jusqu’à 40MeV et 1mA d'ions q/A= 1/3 jusqu’à 14,5MeV/u. . + + LOCALISATION DES COUPELLES DE FARADAY DESCRIPTION de l’ ACCELERATEUR SPIRAL2 L’accélérateur est constitué de 3 parties principales, un injecteur, un linac supraconducteur et des lignes hautes énergie. L’injecteur est lui-même composé d’une ligne deuton/proton, d’une ligne ions basse énergie (LBE), d’un RFQ et d’une ligne moyenne énergie (LME). Deux types de cavités supra sont utilisées pour le Linac (β=0.07, β=0.12). LOCALISATION DES ACCT /DCCT LME ACCT21&DCCT21 LHE1 ACCT11&DCCT11 LBEC DCCT 31 LHE1 ACCT12&DCCT12 BTI ACCT11&DCCT11 LHE2 ACCT21&DCCT21 • CF LBE (EIS et non EIS) • Diamètre : 100mm • Puissance (sigma 3mm, température 250°): 1200W • Densité de puissance (sigma de 3mm) : 2120W/cm2 • CF LME • Diamètre : 60mm • Puissance (sigma 3mm, température 250°) : 3000W • Densité de puissance (sigma 3mm) : 5300W/cm2 Ces diagnostiques se trouvent à des endroits stratégiques de l’ accélérateur: LBEC, LME,BTI,LHE1 et LHE2. Ils permettent de mesurer l’intensité des faisceaux sur SPIRAL2. Une des fonctions de la mesure d’intensité est la surveillance des rendements de la machine. Le système doit déclencher en cas de perte faisceau inférieur ou de l’ordre de la ms. Elles sont conçues spécialement pour satisfaire aux caractéristiques des faisceaux et des lignes de l’injecteur de SPIRAL2. • Protons-Deutons: Is LINAC: 0,15mA – 5mA •  Ions lourds Q/A = 1/3: Is LINAC: 0,15mA – 1mA • Ces diagnostics sont non-interceptifs et opérationnels pour toutes les particules à toutes les énergies. • Rôle de l’ ACCT: • Il est équivalent à un filtre passe-bande (3Hz-300kHz). Il est utilisé pour mesurer l’intensité de signaux relativement courts • en temps. • Gamme de fonctionnement: • Gain 1: 10mA/10V Gain 40: 250µA/10V • Niveau de bruit  3nA/Hz (Bruit RMS de 1µA pour 150kHz de B.P.) • Fréquence de fonctionnement: 3Hz à 300kHz • Temps de montée signaux faibles: 1,5µs • Temps de montée signaux forts: 8µs • Précision des mesures ACCT: 0,5% • Niveau d’offset : 1µA max. • Niveau « Low drop »: Perte de signal de 3,2% / ms • (constructeur: < 2% / ms) (low drop GANIL = 0,02% / ms) • Rôle du DCCT: • Il est équivalent à un filtre passe-bas (0-9kHz). Il est utilisé pour mesurer l’intensité de signaux relativement longs en temps. • Gamme de fonctionnement: • Gain 1:10mA /10V • Niveau de bruit  200nA /Hz (Bruit RMS de 20µA pour 10kHz de B.P) • Temps de montée mesuré: 45µs • Précision des mesures DCCT: 0,5% • Offset variable en fonction des variations du champ magnétique et des variations de température. • Niveau maximum estimé à 50µA. MECANIQUE GAMME DE FONCTIONNEMENT L’intensité maximum à mesurer sur le projet SPIRAL2 est de 6.5mA en deuton. Si nous voulons mesurer des rendements importants, il est nécessaire d’avoir une précision importante. Le but est d’avoir une précision relative de l’ordre de 0,1 %. Cela nécessite la possibilité de calibrer l’ensemble des électroniques de mesures avec une référence commune. Deux gammes filtrées seraient disponibles, une gamme grand gain (petit calibre), une gamme petit gain(grand calibre). Le choix des gammes est défini suivant la numérisation et la résolution souhaitée (pas de mesure): Gamme 1: 250uA/10V (voie rapide et voie lente) Gamme 2: 10mA/10V (voie rapide et voie lente) - La numérisation sera faite par cartes VME entrée +/- 10V Principe  de mesure: Le faisceau (ions chargés positivement) intercepté par un bloc de cuivre, produit un courant I(t) positif que l’on mesure par un ampèremètre (convertisseur courant-tension). Cet ampèremètre étant installé entre la cage de Faraday et la masse locale. La tension V(t), image du courant I(t), sera numérisée puis traitée par un logiciel applicatif. Une polarisation négative sera installée pour s’opposer aux trajectoires inverses des électrons secondaires émis. Un éclateur (limiteur de tension) permettra de protéger le capteur et l’électronique des surtensions. MESURES DE RENDEMENTS Principe  de ligne test : La ligne de test permet de vérifier que toute la chaîne de mesure se trouve dans un état normal. • Le système de mesure sera constitué de deux détecteurs (ou association de détecteurs) D1 et D2 de mesure d’intensité du faisceau placés respectivement en amont et en aval du LINAC. Le signal ΔI correspondant à la différence du courant mesuré par D1 et D2 sera utilisé pour couper rapidement le faisceau (hacheur) si un seuil prédéterminé est franchi. Toute réduction d’intensité autre que les pertes de faisceau à mesurer, causée par des dispositifs agissant sur le faisceau placés entre D1 et D2, devra être quantifiée pour être prise en compte par le système de mesure.( rendement) La ligne « test » n’a qu’un seul point commun avec la ligne « mesure » qui se trouve à l’origine de la chaîne c’est a dire sur la cible ; celle ci permet donc de tester toute la chaîne de mesure. La résistance Rt permet de faire la différence entre un court-circuit et une connexion normale entre la ligne de mesure et la ligne test par mesure d’un courant sur la borne test. ELECTRONIQUE BLOCS ACCT/DCCT Structure temporelle du faisceau BANC DE TEST BANC DE TEST