Marco DI GIACOMO

Formation SPIRAL2
Transition vers l’exploitation
Marco Di Giacomo
1er Cycle: 9-10 Avril 2015, ENSI Caen
1
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Regroupeurs
Système RF
Sélecteur de Paquets
de la LME
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
2
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Sommaire
• Regroupeurs
• Système RF
• Sélecteur de Paquets
Regroupeur LME: Localisation et Specs
R1
R2 (proto)
Tension accélération maximale:
R1:
120 kV (1/3) en CW ( 190 en pulsé )
R2:
60 kV ( 1/6)
R3:
120 kV (1/6)
Tension minimale :
20 kV (vue par le faisceau de protons)
Précision d’alignement: <±0.5 mm en x et y par rapport à l’axe faisceau
3
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
R3
Regroupeur LME: Description
• Pré-étude: Spiral2
•
•
•
•
•
•
Cavité NC
2 structures λ/4 couplées
3 gaps
D 60 mm
88,0525 MHz
Beta 4%
4
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
• Etude définitive et Réalisation:
JF Leyge+SDA+STP
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
• Éléments d’accord avec course faible et sans contacts glissants:
o bandelette Ag prévue initialement,
o tresse de masse finalement utilisée
• Joints servant le vide et la RF
• Motorisation Brushless
Court circuit et Coupleur de puissance
5
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
• Pas de tôles Cu refroidies sous vide: enceinte en inox cuivré
refroidie à l’extérieur (R1) et pièces massives en Cu
Tuner capacitif avec tresses pour le contact mobile
Regroupeur LME: Aspects nouveaux
Regroupeur LME – Tuner Sensitivity
Tuner sensitivity
l'autre panneau est à 25 mm
89.0
63 KHz/mm
88.0
105 KHz/mm
87.5
87.0
86.5
86.0
10
20
30
distance en mm
40
50
6
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MHz
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
88.5
Regroupeur LME: motorisation tuner
Module automate siemens
Page de commande
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MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Motorisation du panneau pour régulation d’accord
Regroupeur LME - Forme des champs
Diverses définitions de tension possibles:
V1=-79 kV
V2=+79 kV
Vacc= 120 kV
V interéletrode = 158 kV
Energie maximale des X émis
Compensation du champ magnétique:
Pas d’effet de steering
13 32 30
60
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
EXrays= 158 keV
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
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MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Sommaire
• Regroupeur LME
• Système RF
• Sélecteur de Paquets
Système RF Regroupeur
Retour Vcav
Pil RF
CC
Isolateur
V réf
LLRF
Autorisations externes
(vide, eau , sécurité etc)
Api RF
Amp
Reg
Contrôle
moteur
Fonction principale
Protection des
transistors
Pil RF, API RF, LLRF
Cartes moteurs, S 27/2
Amplificateur ES
S 27/1
Circulateur+ charge
Couloir 103
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CD
f réf
10
génération et distribution f Réf
Dérive de phase avec ΔT =10°C
> 1°
Méthode Spiral2
Ok à haute fréquence
Ligne f réf thermalisée
Dérive de phase avec ΔT =10°C
quelques 0.1°
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Méthode type GANIL,
Ok à basse fréquence
11
Système RF RFQ
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to slaves
2 and 3
/4
LLRF
Amp
Amp
Puissance incidente pour régulation
Puissance incidente pour régulation
Slave 1
Pi Réf
f Réf
LLRF
RFQ
LLRF
Amp
Amp
Amplificateurs
en salle 25
1 er étage à
état solide
Étage 60 kW
à tube
LLRF
Circulateurs + charges
Couloir 103
Fonction principale
Isoler les 4 amplis couplés sur la même
cavité et éviter qu’ils auto oscillent
(Rex GSI)
Slave 2
Pi Réf
f Réf
Slave 3
Pi Réf
f Réf
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V Réf
f Réf
Pi
Puissance incidente pour régulation
Retour Vcav pour régulation
Master
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Sommaire
• Regroupeur LME
• Système RF
• Sélecteur de Paquets
SdP: Principe
R2
Arrêt Faisceau Dévié
Electrodes à méandres
et Déviateur
+ HV Pulser
R
Static B-field
Beam
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Travelling E-field
z
R
• Champ magnétique statique:
dévie le faisceau sur AFD (7.5 kW)
• Champ électrique des pulses:
remet sur l’axe un seul paquet
• Pulse avance à la vitesse du faisceau
- HV Pulser
• Zc Ligne RF =100 Ω
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R3
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Sélecteur de Paquets: Localisation
Générateurs de pulses et charges
Sur la ligne pour minimiser la
déformation des pulses.
Electronique déplacée dans le couloir 103 car
contient des composants digitaux
sensibles aux neutrons
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Entre les regroupeurs 2 et 3
15
1.
2.
3.
4.
5.
Déviateur magnétique: (Spiral2 + Mesures et Alim SDA)
Electrodes à méandres : Eurisol DS, DAM, INFN-LNS
Chambre à vide, et support électrodes: INFN/LNS (pré-étude GANIL)
Feed-throughs: INFN/LNS
Générateurs de Pulses: FID Technology, (héritage EURISOL DS) +
adaptation contrôle commande par INFN/LNS
6. Charges 100Ω, 1 kW: Diconex + adaptation refroidissement et
montage deuxième charge: INFN/LNS
7. Electronique de Synchronisation et CC: INFN/LNS
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SdP: Composants principaux
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SdP: Déviateur
Longueur hors tout : 150mm
Entrefer utile chambre : 126mm
Largeur utile pour la chambre :140mm
Intégral de champ :
• 18 gauss.mètre (protons) et
• 33 gauss.metre (deutons).
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•
•
•
•
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SdP: Chambre et supports électrodes
• Support électrode:
• plan de masse (planéité < 0.1 mm)
• refroidissement latéral (80W/10cm).
• Montage en 3 blocs principaux
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• Connexion finale des FT opposés
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Electrodes à méandres et Feed-Throughs
Electrode à méandres
SP2 2010 : 273mm
P. Balleyguier-DAM
100Ω
0.45 mm
7 mm
4%
Traversées étanches
Zc:100Ω ,
Puissance: >1 kW
F. Consoli (INFN/LNS)
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Eurisol 2008:320mm
G. Ledem Eurisol DS
Zc:
Largeur Piste:
Période:
Béta :
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Modèle pour fitting
|S11| 1er période
Résultats modèle
|Zml|=109 et 106 Ω
β=4,23 et 3,99 % (A,B)
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SdP: Mesure de S11
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SdP: Générateurs et charges
Caractéristiques des pulses
• Amplitude:
+(-) 2.5 kV
• Temps de transition (de10à90%) : < 6 ns
• Durée du Plateau (>90%) :
6 ns
• Fréquence de répétition max : 1 MHz
• Retard de déclenchement:
242 et 274 ns
• Réglage de la tension:
passage de manuel à distance en cours à LNS
Caractéristiques des charges
• Atténuateurs 60 dB
• Z in 100 Ohm
• Z out 50 Ohm
• Puissance 1 kW
• Contrôle Tin et Tout
5
ns/div
10
ns/div
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Tensions requises: ±1kV (P) et ± 1.7 kV (D)
+ 25% à cause du coeff. de couverture des méandres
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SdP: Electronique de synchronisation et contrôle
Control, synchronization and protection electronics
Beam stop Request
from NFS
From Interlock
Trigger
On/Off
Variable
delay
Delay settings
Splitter
Trigger: ECSF TSdP
First version 8/02/2014
Updated 14/02/2015
Pos Pulser trigger signal
Var. delay
Ф detect.
Neg Pulser trigger signal
Load signals
Trigger ON/OFF
Alarm generation
Threshold*
4 Temper. reading
Load Temperatures (4)
2 Voltage settings
Pulser voltage levels
2 Voltage readings
ST By
management
A detect.
12V DC supply
VME
Alarm
Autodiagnostic
*Thermal Threshold on one thermocouple only
Electronique en phase de réalisation à LNS,
Destination finale: couloir 103
Monitor signals
Pulser auxiliary supply
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µ Processor
TCP/IP
Ethernet
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Vacuum OK
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Arrêt faisceau dévié (scraper)
Position sur l’axe faisceau réglable
ouverture nominale: 7mm
Centrage du faisceau par 3 sondes de
température
En construction à l’atelier du Ganil
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Tmax< 170° (pente 1.5°)
23
Fin
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Questions?
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Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Merci de votre attention
24
1. F. Consoli et al., Broadband electromagnetic characterization of a 100Ω traveling-wave electrode by measuring scattering parameters, Physical Review Special
Topics – Accelerators and Beams 16, 072001 (2013).
2. M. Di Giacomo et al. “Measurements of the first RF Prototype of the Spiral2 Single Bunch Selector”, Ipac12, Nouvelle Orleans, USA, May 2012. WEPPD062
3. M. Di Giacomo, Status of the SPIRAL2 RF systems, invited talk, RFTech 3rd Workshop, Rostock , Germany, Dec 12-13 2011.
4. M. Di Giacomo et al.: “Experimental determination of Impedance and delay time of the 100 Ohm meander transmission line for the SPIRAL2 single bunch selector”,
IPAC11, San Sebastain, Spain, September 2011. TUPS075
5. A. Caruso et al.: “The LEBT chopper for the SPIRAL2 project”, IPAC11, San Sebastain, Spain, September 2011. TUPS082
6. F. Consoli et al.: RF design of the power coupler for the Spiral2 single bunch selector, PAC’11, New-York, USA, March 2011. TUP277
7. P. Balleyguier, et al.: "Electrode Design Improvement in the SPIRAL2 Single Bunch Selector", LINAC2010, Tsukuba, Japan, 12-17 September 2010. MOP098
8. M. Di Giacomo, Solid State RF amplifiers for accelerator applications, invited talk, RFTech 2nd Workshop, Villigen , Suisse, Dec 2-3 2010.
9. M. Di Giacomo, RF System status :talk CWRF10 4-7 May 2010, Barcelona, Spain
10. M. Di Giacomo, Solid State RF amplifiers for accelerator applications, invited talk, PAC09 Vancouver, Canada. TU4RAI01
11. M. Di Giacomo, RF systems for cyclotrons, invited tutorial talk, ECPM 09, .Groningen, Netherlands, October 2009.
12. Rapport EURISOL:: “Final Report of the EURISOL design study (2005-2009)” European Commission Contract N° 515768 RIDS. Editeur: John Cornell , Published by:
GANIL BP 55027 14076 CAEN CEDEX 5 France
13. M. Di Giacomo et al., RF power amplifiers for the SPIRAL 2 driver: requirements and status, Proceedings of the Linac08 Conference, Victoria, Canada, September
2008. THP048
14. M. Di Giacomo et al., Design of the MEBT rebunchers for the SPIRAL2 driver, Proceedings of the Linac08 Conference, Victoria, Canada, September 2008. THP047
15. A. Caruso et al., Preliminary design of the slow chopper for the Spiral2 project, Proceedings of the Linac08 Conference, Victoria, Canada, September 2008. THP046
16. M. Di Giacomo, Spiral 2 accelerator RF Systems: requirements and work-package status, Intervention à la SP2 Week Workshop, Caen, 27 Novembre 2007
17. M. Di Giacomo et al., The test bench for the power amplifiers of the Spiral-2 SC linac, Proceedings of 13th International Workshop on RF Superconductivity , Beijing,
China Oct 2007
18. Ph De Antoni et al., The architecture of the Low Level RF electronics for Spiral-2 Proceedings of the LLRF07 Workshop, Oak Ridge, Tennessee, Oct 2007
19. G. Le Dem et M. Di Giacomo, A single bunch selector for the next low beta continuous wave ion beam, Proceedings of the 22nd PAC Conference : PAC'07,
Albuquerque - June 2007 MOPAN008 p. 158,
20. M. Di Giacomo et al., Status of the RF Systems for the SPIRAL 2 Linac at the beginning of the construction phase, Proceedings of the Linac Conference,
Knoxville,Tennessee - Aug 2006
21. Y. Gómez Martínez et al., Theoretical study and experimental result of the RF Coupler Prototypes of SPIRAL 2 Proceedings of the EPAC Conference, Edinburgh June 2006
22. R. Ferdinand et al., SPIRAL 2 RFQ prototype : first results, Proceedings of the EPAC Conference, Edinburgh - June 2006
23. M. Di Giacomo et al., The Spiral 2 Project at Ganil, Proceedings of the SRF 05 Workshop, Ithaca, New York, Jul 2005
24. R. Ferdinand et al., Spiral 2 RFQ Prototype First Tests, Proceedings of the PAC Conference, Knoxville, Tennessee - Mai 2005
25. The Spiral 2 Project: APD Report January 2005
MDG – Formation SPIRAL2 - 1er Cycle
Laboratoire commun CEA/DSM - CNRS/IN2P3
Liste des publications RF sur SPIRAL2
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