18 mai 2016
Premier faisceau à 75 mA, IPHI voit le bout du tunnel

Oui, c’est possible ! Ce 11 avril, le projet IPHI a livré une première démonstration de la faisabilité d’un injecteur de protons accélérant un faisceau jusqu’à 3 MeV et visant un courant continu de 100mA. A terme, le projet figurera en tant que référence technologique pour le domaine basse énergie des accélérateurs à forts courant. Le projet IPHI  est un démonstrateur de la partie à basse énergie des accélérateurs fort courant. Ce prototype permettra de disposer de références technologiques pour les choix techniques des futurs accélérateurs. Ce projet est réalisé en collaboration entre le CEA, l'IN2P3 et le CERN.

 

Figure 1: Synoptique du projet IPHI avec les mesures du premier faisceau accéléré

75 mA à 3MeV:

Une fois le conditionnement nominal du RFQ (Radio frequency quadrupole) atteint, un faisceau pulsé à 1Hz de 100 mA a été accéléré à 3 MeV avec une transmission de 91% représenté sur la figure 1. Ce premier faisceau d’optimisation a permis de débugger le contrôle-commande, les paramètres de transport de faisceau (aimants de focalisation et de guidage) et les diagnostics de caractérisation du faisceau.

 
Premier faisceau à 75 mA, IPHI voit le bout du tunnel

Vue d’un tronçon dans l’axe faisceau

Le projet IPHI se compose d'une source de protons (SILHI: Source d’ions légers à haute intensité), extraits à 95 keV, d’une ligne de transport basse énergie, d'une cavité accélératrice de type RFQ à 3 MeV et d'une ligne diagnostics pour caractériser le faisceau de protons en sortie du RFQ.

La source SILHI

La source SILHI fonctionne depuis 1997 sans problème et produit un faisceau de protons de 100 mA à 95 keV. Lors de ces périodes de fonctionnement, le faisceau de protons est utilisé pour tester de nouveaux diagnostics non interceptifs (profileur à ionisation de gaz résiduel, mesure de profil transverse par tomographie) de faisceaux intenses.

La cavité accélératrice RFQ

La cavité accélératrice RFQ est une cavité résonante excitée par une onde radiofréquence (352 MHz pour IPHI), qui regroupe le faisceau continu issu de la source et l’accélère tout en le focalisant. La cavité est constituée de six tronçons d’environ 1 m de longueur chacun. La fabrication de ces tronçons a été d’une grande difficulté technologique. C’est à la suite de longs déboires technologiques qu’une nouvelle approche de fabrication avec un partenariat entre l’équipe IPHI et deux industriels (usinage par Mécachrome et brasage par Bodycote) que les 6 tronçons ont été fabriqués avec succès.


Assemblage d’un tronçon
                   
Position verticale d’un tronçon dans le four de brasage

 

 

 

La ligne diagnostics

La fonction principale de la ligne diagnostics est d’assurer le transport du faisceau de 300 kW jusqu’au  bloc d’arrêt. Le design de la ligne et les diagnostics ont été réalisés par l’IPNO. La conduite du faisceau se fait avec des éléments de focalisation (quadrupôles) et des éléments de déviations (steerer). La ligne « diagnostics » permet la caractérisation du faisceau (intensité, énergie, profil, émittance). Une mesure de la dispersion d’énergie est possible grâce à l’utilisation d’un dipôle autorisant une déviation du faisceau. Cette mesure ne sera cependant possible que pour des puissances moyennes réduites du faisceau : 10 kW au maximum. Le bloc d’arrêt de 300 kW de la ligne diagnostics a été fabriqué au L.P.S.C. de Grenoble.

 

Synoptique de la ligne diagnostics du projet IPHI

 

 

L’assemblage du RFQ

L’installation IPHI est assemblée au sein du Synergium au bâtiment 126. Il aura fallu de longues années pour que tous les équipements soient mis en place, alignés, réglés, mis sous vide, câblés… Le RFQ, au fur et à mesure de la fabrication des tronçons, a été assemblé, vérifié par les mesures RF, mis sous vide, alimenté par le système hydraulique et conditionné. Le conditionnement consiste à mettre la puissance RF au sein de la cavité et au fur et à mesure des claquages, cette puissance monte afin d’atteindre la valeur nominale de 1,2MW. Le premier faisceau de 75mA a traversé la cavité ce 11 avril 2016, c’est-à-dire dès que   la loi de tension du RFQ a été acquise.

RFQ assemblée sur sa poutre avant la phase de montage du pompage et du refroidissement

 

 

Malgré la durée du projet et au prix d’une jouvence continue, l’ensemble de l’installation IPHI fait preuve d’une bonne fiabilité et reproductivité. Les démarrages sont aisés et rapides et la disponibilité de l’installation permet de progresser très efficacement dans le commissioning. Les premiers résultats expérimentaux sont très proches des simulations. En d’autre termes, la machine semble saine, bien conçue et bien construite. Maintenant, la phase de commissioning avec pour objectif la production d’un faisceau de 100 mA en continu démarre.

Merci aux équipes de l’Irfu et de l’IPNO (Institut de Physique Nucléaire d’Orsay) pour ces remarquables résultats.

 

Contact: Bruno Pottin

 

Maj : 19/05/2016 (3762)

 

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