Spiral 2
 Spiral 2

Schéma de l’accélérateur linéaire de Spiral2. Les faisceaux des sources d’ions lourds et protons/deutons sont injectes dans le RFQ, puis la LME (ligne moyenne énergie) met les faisceaux en forme pour être injectes et accélérés dans les cryomodules de type A puis B pour atteindre jusqu'à 40 MeV.

 

Le SACM est depuis 2004 un acteur majeur du projet Spiral2. Il a joué un rôle moteur durant l’avant-projet détaillé et il a installé et fait la mise au point de l’injecteur d’ions légers à Saclay en 2012. En parallèle le service a conçu et développé le quadripôle radiofréquence (RFQ) et les cryomodules à bas beta de l’accélérateur. L’ensemble de ces équipements est à présent livré et installé dans le tunnel de Spiral2 au Ganil. Ainsi, l’injecteur de protons et de deutons comprenant la source et les lignes faisceau de basse énergie a été mis en service au Ganil et a injecté ses premiers faisceaux au courant nominal dans le RFQ. Ce RFQ est à présent en phase de qualification.

 

À l’issue de la période d’intégration, les faisceaux devraient finalement être injectés dans la suite de l’accélérateur composé des 2 familles de cavités supraconductrices de type quart d’onde. La mise en froid des 19 cryomodules (A et B) avec une mise en service de l’accélérateur de Spiral2 et des salles expérimentales (Phase 1 de Spiral2) est prévue pour 2017.

 
 Spiral 2

Le RFQ Spiral2 dans le tunnel Spirla2 au Ganil.

 Spiral 2

Courbe de transmission du faisceau en fonction de la tension appliquée aux lames du RFQ. L’accord observé permet de valider d’une part le design géométrique des lames du RFQ et d'autre part les procédures complexes de réglage de la tension mises en oeuvre par les équipes de l’Irfu. Elle apporte également une nouvelle preuve expérimentale de la précision et de la prédiction des codes de simulation développés au SACM..

LE QUADRIPÔLE À RADIOFRÉQUENCE

Le quadripôle radiofréquence permet la mise en paquets du faisceau et la pré-accélération qui sont indispensables pour un transfert efficace dans les étages supérieurs tout en assurant le confinement des particules. L’Irfu avait en charge les études, la réalisation, le montage et la mise en service du RFQ de Spiral2 au Ganil. Ce RFQ est composée de 5 tronçons de cuivre de 1 m de longueur et d’un poids de 1,6 tonne, fabriqués séparément avec une précision de ±65 μm puis assemblés avec une précision d’alignement de ±10 μm. Les défauts géométriques incompressibles de fabrication ont été compensés par le réglage de 40 pistons à l’intérieur de la cavité, pour obtenir l’accord en fréquence et la loi de tension requise par la dynamique du faisceau. La puissance RF nécessaire au fonctionnement, est de 240 kW en continu. La thermalisation de la cavité est assurée par une circulation complexe d’eau à température régulée. La régulation du champ accélérateur est, quant à elle, assurée par un système d’asservissement conçu et fourni par l’Irfu. Ce système est également installé sur l'ensemble des cavités de l'accélérateur. La première mise en champ de la cavité a eu lieu le 15 novembre 2015 et a ensuite permis, le 3 décembre 2015, l’accélération du premier faisceau de protons à l’énergie nominal de 0,75 MeV (pour une tension de 50 kV). Dans les mois à venir, les tests de qualification du RFQ vont continuer jusqu’à permettre au RFQ d’atteindre sa tension nominale de 113 kV pour accélérer des ions de plus en plus lourds

 

 

LES CRYOMODULES À BAS BÉTA

L’accélérateur linéaire supraconducteur de Spiral2 comporte 2 familles de cryomodules contenant des cavités dont les géométries sont optimisées pour accélérer des particules à 7 % de la vitesse de la lumière (12 cryomodules A intégrant chacun une cavité à bas béta : β = 0,07, réalisés par l’Irfu) et à 12 % de la vitesse de la lumière (7 cryomodules B intégrant chacun deux cavités à haut béta : β = 0,12, réalisés par l’IPNO). Chaque cryomodule A contient une seule cavité en niobium massif qui est équipée d’un coupleur de puissance permettant d’injecter une puissance radiofréquence (RF) maximale de 10 kW en continu. Ces coupleurs sont fournis par le LPSC (Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie) de Grenoble. Des circuits cryogéniques associés à un écran thermique et des multicouches de super-isolation permettent de refroidir la cavité à 4 K pour lui conférer ses propriétés supraconductrices. Un système mécanique permet d’ajuster la fréquence de la cavité par déformation de ses parois avec une résolution extrême (quelques nanomètres) et sur une grande amplitude (2 millimètres) Les 4 derniers cryomodules de type A ont été assemblés dans la nouvelle salle blanche du bâtiment 124 Est à Saclay entre juin 2014 et juin 2015.

 
 Spiral 2

Les 12 cryomodule de type A fournis par Irfu et installés dans le tunnel de l’accélérateur Spiral2.

 Spiral 2

Un des 3 multipôles de S3 chez le fabricant avant sa livraison.

L’ensemble des 12 cavités bas béta satisfait aux spécifications de champ accélérateur (supérieur à 6,5 mV/m) et de facteur de qualité Q0 (supérieur à 3,5x108), et les pertes thermiques des cryomodules sont inférieures aux 21,5 W demandés par le Ganil. Les variations de fréquence des cavités soumises au système mécanique d’accord sont conformes aux prévisions, et l’hystérésis et la linéarité du système sont excellents. Après une installation conjointe Irfu/Ganil du premier cryomodule sur le Linac pour transférer le savoir-faire, le Ganil a procédé seul à l’installation des 11 autres cryomodules A, avec le raccordement aux boîtes à vannes cryogéniques d’une part, et aux sections chaudes incluant les aimants de correction de trajectoire sous flux laminaire d’autre part. Les tests sous pression ont mis en évidence une fuite à chaud de l’ordre de 10-7 mbars.l/s sur le circuit hélium 4 K d’un cryomodule sous une pression de 1,5 bar. Cette fuite a été réparée après les investigations nécessaires. L’installation et le raccordement du dernier cryomodule de type A doit avoir lieu au mois de mai 2016.

 

 

LE SPECTROMÈTRE S3

Le spectromètre « Super Separator Spectrometer » (S3) bénéficiera des faisceaux d’ions lourds stables de très hautes intensités délivrées par l’accélérateur linéaire supraconducteur de Spiral2/Ganil. S3 permettra d’atteindre de très hautes transmission et résolution en masse avec l’utilisation d’aimants supraconducteurs de haute acceptance incluant des corrections sextupolaires et octupolaires. S3 inclut une cible rotative pour pouvoir accepter les hautes puissances déposées par le Linac, une structure optique à deux étages avec un « achromat » en moment, suivies d’un spectromètre de masse afin d’assurer la haute sélectivité des noyaux. Le premier étage sert à rejeter la plupart des noyaux parasites. Un triplet de multipôles ouverts, de technologie conventionnelle, permet l’évacuation et l’arrêt du faisceau primaire. Le

SACM et le SIS contribuent à la conception, la réalisation et le suivi de fabrication du triplet de quadripôles ouvert intégrant des corrections hexapolaires, de la chambre à vide, et des blocs d’arrêts faisceau soumis à des dépôts de puissance élevés. Les mesures magnétiques effectuées sur chaque multipôle ont révélé un excellent accord avec les simulations réalisées au SACM lors de sa conception. Des expériences ont été réalisées sur le banc de test Betsi avec un faisceau de protons de 17 mA à 40 kV pour bombarder un prototype de doigt d’arrêt faisceau prévu à la sortie du triplet

et pour observer la montée en température ainsi que l’impact sur le matériau. Cette campagne de mesure a permis de valider la conception des doigts avant le lancement en fabrication. La chambre à vide a été fabriquée et ses tolérances, très serrées, ont été respectées pour le montage à l’intérieur du triplet qui doit être réceptionné au Ganil au premier trimestre 2016. La mise en service de S3 est prévue en 2018 avec les premiers faisceaux de Spiral2.

 
#2879 - Màj : 22/06/2017

 

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