04 novembre 2013
Tests réussis à Desy du premier cryomodule XFEL intégré par le CEA

train de cavités du cryomodule XM-3 en salle blanche ISO4

Le premier cryomodule de préséries du projet E-XFEL [1], intégré par le CEA et testé à DESY, a produit un champ accélérateur moyen de 32,4 MV/m par cavités accélératrices, largement supérieur à la spécification de 23,6 MV/m du projet.

 

Le projet E-XFEL est une source de lumière dite de 4ème génération qui produira des flash-laser extrêmement brillants (~ 1033 photons/s/mm2/mrad2) et ultra-courts (~100 fs) de rayons X jusqu’à 1 Å de longueur d’onde. Le but est de micro-photographier des processus physiques, chimiques ou biologiques afin d’en révéler la cinétique avec une exposition lumineuse jamais atteinte.

A la base de cet instrument se trouve un accélérateur linéaire supraconducteur à électrons de 17,5 GeV et 1,7 km de long dont la construction est prise en charge par un consortium d’instituts européens, basés principalement en Allemagne (DESY), France (CEA, IN2P3), Italie (INFN), Espagne (CIEMAT), Suisse (PSI), Pologne (NCBJ) et Russie (BINP, IHEP). Sa mise en service est prévue en 2015 et la fourniture des premiers faisceaux pour utilisateurs en 2016.

 

 

champ accélérateur (en MV/m) individuel des cavités RF au cours du test global du cryomodule XM-3 (barres bleues) comparées à leur performance initiale avant intégration (barres vertes).

Cet accélérateur utilisera 808 cavités supraconductrices RF (1,3 GHz) groupées, au sein d’un cryomodule de 12 m de long, en trains de huit cavités suivies d’un quadripôle et d’un moniteur de position, refroidis à l’Hélium liquide à 2K. Les 101 cryomodules identiques de l’accélérateur seront intégrés à Saclay sous la responsabilité du CEA par l’opérateur industriel Alsyom sur le plateau technique d’assemblage appelé ‘Village XFEL’. Les cavités supraconductrices en Niobium massif étant très sensibles à la contamination particulaire de surface, les éléments du train sont assemblés en salle blanche de classe ISO4 (moins de 1000 particules de 0.3 µm par mètre cube) en suivant des procédures très strictes de nettoyage par pistolet d’azote ionisé, d’assemblage et de techniques du vide (taux de fuite toléré inférieur à 10-10 hPa.l/s) poussées. Outre les aspects financiers et calendaires, le défi technique majeur réside dans la capacité d’intégrer le train de cavités en réalisant les 25 connections étanches tout en préservant les surfaces RF des cavités et des coupleurs de puissance de toute contamination. La démonstration de cette capacité a été faite par l’équipe du CEA [2] avec le premier module de préséries XM-3 dont les performances RF sont inégalées à ce jour : dans l’absolu avec 3 cavités RF atteignant 38 MV/m à 41 MV/m, et en relatif avec gain accélérateur total de 232 MV préservant les performances individuelles des cavités avant leur intégration. Ce cryomodule est donc qualifié et pourrait ainsi servir d’injecteur du faisceau d’électrons dès 2014.

 

 

plan du Village XFEL incluant la chaîne des 7 aires successives d’intégration des cryomodules, dont les deux premières en salle blanche ISO4.

[1] E-XFEL signifie ‘European X-ray Free Electron Laser’: le processus Laser est celui de “l’émission spontanée auto-amplifiée” provoquée par des paquets d’électrons de haute énergie (17,5 GeV) et de compacité spatiale extrême, se divisant en micro-paquets sur les nœuds du rayonnement monochromatique colinéaire crée à travers des onduleurs magnétiques, et ainsi rayonnant de façon cohérente comme une série de charges macroscopiques.

[2] L’équipe CEA d’intégration des cryomodules XFEL est composée de Stéphane Berry, Cyril Boulch, Yves Gasser, Christophe Servouin, Thierry Vacher et Bernard Visentin pour l’intégration en salles blanches, d’Alain Brasseur, Jean-Pierre Charrier, Michel Fontaine, Yannick Le Noah, Catherine Madec, Gilles Monnereau, Jean-Luc Perrin, Dominique Roudier, Yannick Sauce et Claire Simon pour l’intégration hors salle blanche, et d’Alain Cataldi, Patrice Charon, Christelle Cloué, Pascal Contrepois, Nathalie Grouas, Olivier Napoly et Thierry Trublet pour la coordination projet, infrastructure, qualité et industrialisation.

 

 

 

Contact : Olivier Napoly

 

 

 

 

 

 

 

Maj : 11/11/2013 (3389)

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