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Le LINAC « HELIOS »

Le LINAC « HELIOS ». H undred MeV E lectron L inac I njector O f S OLEIL - une historique du LINAC Le LINAC et ses principales caractéristiques Les modulateurs de puissance de Klystron. Historique. Avancement du projet Septembre 2002.

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Le LINAC « HELIOS »

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Presentation Transcript

  1. Le LINAC « HELIOS » HundredMeVElectron LinacInjectorOf SOLEIL - une historique du LINAC Le LINAC et ses principales caractéristiques Les modulateurs de puissance de Klystron Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  2. Historique Avancement du projetSeptembre 2002 Installation du Linac en collaboration avec THALES Octobre 2004 - janvier 2005 : ~ 3 mois Attente des autorisations de sûreté et puis conditionnement des structures HF Mai - Juin 2005 : ~ 1 mois Premier faisceau en juillet 2005 Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  3. ref Inc Inc Corridor LT1 ref 30°C 30°C K2 K1 Retour Armoire Alimentation LT1 Servitude Poste de Modulateur 1 Modulateur 2 Canon 3 3 commande 21°C 4 Linac et LT1 4 2 2 Sw2 Sw2 Animation Pré- ARMO Groupeur Mesureur de 1 1 charge Section 1 & Section 2 MC2 Groupeur Vanne C 21°C d'equerre 4dB Local HF GV3 Linac Φ Att Q7 C Att D2 Φ 37 Pilotage Pilotage dB Enceinte du tunnel Ecran Position 2 LINAC LT1 LT1 Skid Pompe ref ionique FCT Circ Inc PI-4 Pompe Q6 Generateur ionique Fente Pompe Pompe ref ref GV2 Cleaner Pompe Pompe Inc Pompe PI-5 analyse ionique ionique Alim Pompe Inc Inc ionique ionique ref ionique Guidage V PI-6 PI-1 Triplet ionique 65l/s PI-9 ext PI-3 PI-8 Pompe ionique 65l/s Q5 GH3 PI-7 20l/s 200l/s int 20l/s Inc D1 Inc IMG3 IMG4 200l/s 200l/s BPM Cage de sécurité Canon Section 2 Groupeur Section 1 PG Q1 FCT Q2 Q4 FCT FCT Q3 FCT FCT BgVSS2 BgVES2 BgVES1 BgVSS1 2 3 4 ARDI 1 LB2 5 LB1 LB3 BgHSS2 Sol G1 Sol G2 BgHES2 LB0 BgHES1 BgHSS1 Glaser Cleaner Mesureur GH1 GH2 GV1 Mesureur VSS2 VEC VES2 VES1 VSS1 de charge VSC VSG IMG1 BgVT1 IMG2 IMG5 Emittance 65l/s MC1 BgHT1 Pompe Pompe Vanne Pompe Pompe BgVT2 Vanne ionique ionique d'equerre ionique ionique BgHT2 d'equerre 3 Ecran Position 1 Ecran Position Ecran Position 2 PI-2 Ecran Position 1 Cage de LINAC LINAC LINAC LT1 sécurité Ecran Position 3 Canon LINAC Le LINAC « HELIOS » et LT1 Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  4. Le Faisceau Energie en opération 110 MeV Fréquence de répétion 3 Hz en opération (jusqu’à 10Hz) Dispersion en énergie 0.7MeV Emittance normalisé (< 200  mm mrad) en Horiz= 47  mm mrad en Verticale= 52  mm mrad • ModeCPM (Continued Pulse Mode) • - pulse continu de 70ns à 502ns max, 10nC • - Mode spécifique au linac • ModeLPM (Long Pulse Mode) • Pulses de 1.4ns modulés 352MHz @ 502ns max, • 10nC • injection BOOSTER 307ns @ 3nC • ModeSPM (Short Pulse Mode) • 1, 2, 3 ou 4 pulses of 2ns FWHM • peak pulse current 500mA@ 0.5nC/ pulse Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  5. Diagnostics faisceau • Le long du Linac (13m): • 5 FCT: analyse transmission • 3 écrans de position Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  6. Diagnostics faisceau Le long de LT1 (17m): -1 FCT: analyse transmission - 2 écrans de position - 2 MC: mesure de la charge - Fente d’analyse: mesure de l’énergie - Mesure d’émittance (ligne directe) - 1 BPM moniteur de position M.A TORDEUX Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  7. Mode LPM: Long Pulse Mode Spectre compensé : Meilleur spectre d’énergie obtenu avec la technique de compensation du beam-loading par injection du faisceau pendant le temps de remplissage de la section 2, plus « Trou HF »  faisceau 1,36µs HF sortie S2 HF entrée S2 La dispersion d’énergie mesurée n’est plus que de : 1 MeV, à la base. 0.7 MeV à mi hauteur On crée dans l’impulsion HF bas niveau du klystron 2, un trou HF de 2µs, de façon que la HF de la section 2 s’établisse plus rapidement 250ns, au lieu des 800ns liée au caractéristique du modulateur, ce qui a pour effet de compenser le beam-loading Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  8. SDCS SCG SDCL PC Linac Mod1 Canon HUB Aux Mod2 Contrôle-commande • Architecture • 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 • PC Canon : Contrôle local canon • PC Servitudes : Contrôle local autres éléments • (fluides, vide…) Chaque PC s ’appuie sur un contrôle-commande sous un environnement Labview, communiquant par Data Socket Server (NI) Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  9. Les modulateurs de puissance de Klystron Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  10. Le Modulateur Une vue de l’ensemble Le klystron et son blindage Baies électronique et de commande La cuve klystron Le formeur, structure ligne à retard, avec son thyratron Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  11. Le modulateur Ligne à retard Zc=4.12ohm Ct=600nF Alimentation Haute Tension Circuit fin de ligne 12 cellules U=40kV I=376mA f max=10Hz Thyratron CX1525A I = 4.4kA Uk=280kV Ik=304A 5.5µs Pmax=35MWHF Transformateur d'impulsion dans la cuve klystron le klystron TH 2100 Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  12. Modulateur de puissance de Klystron • Les actions innovantes: • Alimentation Haute Tension, chargeur de condensateurs Technix, 40kV, 15kW • - Circuits de protection • -Circuir Fin de ligne sur la LAR a montré son efficacité lors du test en court-Circuit • - Circuit Inverse sur l’alim HT • Alimentations de Focalisateur de Klystron, système à découpage, encombrement optimisé • - Circuit de commande du thyratron par les 2 grilles pulsées, et de la désadaptation positive de la LAR de 15% • Mise en place d’un mode économique, augmentation de la durée de vie des klystrons et thyratrons • Pré-ampli pulsé de 350W, possibilité de générer un « trou » dans la HF, a été la contribution à la compensation du beam loading, amélioration des spectres en énergie d’un facteur 5 • Pilotage du modulateur par pc industriel, avec interface Labview, nombreux paramètrages Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  13. Sources de puissance RF: 2 klystrons TH 2100 (THALES) 35MW max. • K1 :5.5MW vers le groupeur (15MeV) • 11MW vers la première section (51MeV) • K2 : 8MW vers la deuxième section (44MeV) Fonctionne à 10 MW • Chaque klystron est sous - exploité : un aspect de la fiabilité  Fonctionne à 22 MW Mode Normal Un klystron avec sa cuve d’huile et son focalisateur avant d’installer les protections de plomb. Ligne à retard et Thyratron Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  14. K1 K2 SW1 SW2 Gr S1 S2 Mode dégradé Dans le cas d’une défaillance d’un des 2 klystrons, deux switchs HF(SW1, SW2) sur le guide d’onde permettent d’aiguiller l’onde HF de l’autre klystron sur le groupeur et la section1. Un des objectifs est d’atteindre les 80MeV pour l’injection dans le Booster, ce qui a entraîné la formation de la section 1 à une puissance d’entrée de 16MW au lieu des 11MW 110MeV 66Mev e- Mode normal Mode dégradé 66MeV, correspondant aux premiers essais du LINAC sans l’atténuateur du groupeur, a été validé dans le Booster avec le klystron 2 Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

  15. Conclusion • Les améliorations possibles sur le modulateur • Sur la stabilité en énergie au sortie de notre mode économique • Sur le remplacement du thyratron, par une solution « solid state ». • Le modulateur dans sa globalité semble extrêmement stable après quelques 4000heures de fonctionnement (HT) Rencontre LAL-SOLEIL 17 Avril 2008

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