SARAF : Un accélérateur « clé en main»
SARAF : Un accélérateur « clé en main»

LA DYNAMIQUE DES FAISCEAUX
Le CEA est en charge de la simulation de la dynamique des faisceaux (protons et deutons, courant de 40 ?A à 5 mA, énergie finale de 1,3 MeV/u à 40 MeV) dans tout le Linac (y compris le RFQ) en tenant compte des erreurs d’alignement et de champs statistiquement probables dans les composants. Les pertes doivent être maintenues en dessous de 1nA/m (2.10-7) au-delà de 20 MeV.

Le projet israélien Saraf (Soreq Applied Research Accelerator Facility) fournira une source intense de neutrons rapides et de noyaux radioactifs en vue d’explorer les réactions nucléaires rares et de produire des radionucléides pour la médecine nucléaire. Leur modération permettra aussi de produire suffisamment de neutrons pour réaliser les fonctions actuellement possibles seulement auprès de réacteurs nucléaires (la neutrographie, par exemple). Ces neutrons seront produits par l’interaction d’un faisceau de 5 mA de protons ou de deutons jusqu’à une énergie de 40 MeV avec plusieurs cibles spécifiques.

 

À partir de 2003, le SNRC (Soreq Nuclear Research Center) a construit et fait fonctionner la phase 1 de Saraf qui est constituée :

? Dune source de 5 mA continu de protons ou de deutons.

? Dune ligne basse énergie conduisant le faisceau jusqu’à l’entrée du RFQ.

? Dun RFQ 4-rod de 1,5 MeV/u d’énergie de sortie et

? Dun cryomodule prototype contenant 3 solénoïdes et 6 cavités supraconducteurs montant l’énergie du faisceau à quelques MeV.

En 2012, l’IAEC (Israel Atomic Energy Commission), qui finance ce projet, s’est adressé au CEA pour lui demander de fournir l’accélérateur linéaire (Linac) de la phase 2 destiné à monter l’énergie du faisceau jusqu’à 40 MeV. Lors d’une phase d’avant-projet l’Irfu et le Ganil ont collaboré pour proposer d’abord une solution fortement inspirée du Linac à 88 MHz de Spiral2 actuellement en démarrage au Ganil, puis d’une autre solution à 176 MHz plus compatible avec les éléments de la phase 1 et inspirée de l’accélérateur d’Ifmif. Cette solution a fait l’objet d’un System Design Report (SDR) fin 2014 qui a servi de solution de base pour la signature d’un protocole d’accord entre l’IAEC et le CEA. Le projet Saraf-Linac, piloté au SACM/LEDA, a ainsi démarré début 2015 et comprend l’étude (2015-2018), la réalisation (2018-2021), l’installation et le démarrage à SNRC (2021-2022) de la ligne moyenne énergie et des quatre cryomodules qui composent le Linac (pour une longueur totale de 25 m).

 
SARAF : Un accélérateur « clé en main»

Le CEA est en charge de la simulation de la dynamique des faisceaux (protons et deutons, courant de 40 ?A à 5 mA, énergie finale de 1,3 MeV/u à 40 MeV) dans tout le Linac (y compris le RFQ) en tenant compte des erreurs d’alignement et de champs statistiquement probables dans les composants. Les pertes doivent être maintenues en dessous de 1nA/m (2.10-7) au-delà de 20 MeV.

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Cavités supraconductrices 176 MHz
Les 12 premières sont adaptées à une vitesse réduite de faisceau ? = 0,091, de longueur 280 mm et de champ accélérateur maximal 6,5 MV/m.

La ligne moyenne énergie d’une longueur de 5 m, permet principalement d’adapter au Linac supraconducteur le faisceau sortant d’une version modifiée du RFQ 4-rod de la phase 1. Elle contient 3 regroupeurs (cavités RF en cuivre), 8 quadripôles magnétiques, des diagnostics et des composants caractérisant et filtrant le faisceau. L’accélérateur supraconducteur est composé de 4 cryomodules de 5 m chacun. Les deux premiers, identiques, contiennent 6 blocs d’aimants et 6 cavités bas-béta supraconducteurs. Les deux suivants, identiques entre eux, contiennent 4 blocs d’aimants et 7 cavités haut-béta supraconducteurs. Des composants « majeurs », c’est-à-dire ceux portant un risque technique avéré, font l’objet d’une phase de prototypage (ou premier de série) jusqu’à début 2018 :

? Le regroupeur de la ligne moyenne énergie.

? Les deux cavités supraconductrices (bas et haut béta) et les coupleurs RF les alimentant.

? Le bloc daimants supraconducteurs.

Leurs fonctions et solutions techniques ont été figées lors du PDR (Preliminary Design Review) en octobre 2015. Leurs spécifications techniques seront figées lors de CDR (Critical Design Review) en juin 2016.

 

Les spécifications techniques des cryomodules (encart 4) seront quant à elles figées fin 2017 pour faire place à environ 4 ans de fabrication, assemblage et tests à Saclay puis transport, installation et démarrage à SNRC. Le premier faisceau à pleine énergie est prévu pour mi-2022. Les 6 unités du SACM sont sollicitées sur le projet Saraf :

? Le LEDA est en charge du pilotage du projet et de la dynamique du faisceau (encart 1).

? La Dir est en charge de ladministration du projet.

? Le LISAH est en charge du développement des cavités supraconductrices (encart 2).

? Le LEAS est en charge du développement des aimants supraconducteurs (encart 3).

? Le LIDC2 est en charge du développement des cryomodules et des tests associés (encart 4).

? Le LCSE est en charge du test des aimants supraconducteurs et de la conception cryogénique.

 
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Cavités supraconductrices 176 MHz
14 sont adaptées à ? = 0,181, de longueur 420 mm et de champ accélérateur maximal 7,5 MV/m.

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AIMANTS SUPRACONDUCTEUR
Cinq bobines supraconductrices constituent l'aimant : Un solénoïde principal produisant un champ maximal sur l’axe de 6,4 T.
Deux solénoïdes de part et d’autre réduisant le champ de fuite sur les cavités.
Deux paires de bobines de déviation horizontale et verticale insérées entre les deux solénoïdes précédents.

Comme pour tous les projets d’accélérateur, le SIS est aussi largement sollicité sur ses expertises transverses que sont le contrôle-commande (LDISC et LEI), les études mécaniques (LCAP), les alimentations (LEIGE) et les suivis de fabrication (LRI). Les services de l’Irfu SEDI et SPhN contribuent eux aussi sur les détecteurs de pertes de faisceau. Le Ganil est quant à lui responsable des éléments de la ligne moyenne énergie (y compris les diagnostics du faisceau) et du pilotage du système (y compris le réglage et démarrage de la machine).

 
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CRYOMODULES
Les 4 cryomodules, de 5 m de longueur, doivent maintenir en conditions opérationnelles les cavités et les aimants, c’est-à-dire : En transmettant l’énergie nécessaire à leurs fonctionnements par les amenées de courant et les coupleurs de puissance RF associés.
En les conservant à une température constante de 4,45 K par l’apport d’hélium liquide et l’évacuation d’hélium gazeux.
En les maintenant à +/- 1 mm autour de l’axe faisceau malgré les déplacements associés à la mise sous vide et aux contractions thermiques.

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CRYOMODULES
Les 4 cryomodules, de 5 m de longueur, doivent maintenir en conditions opérationnelles les cavités et les aimants, c’est-à-dire :
En transmettant l’énergie nécessaire à leurs fonctionnements par les amenées de courant et les coupleurs de puissance RF associés.
En les conservant à une température constante de 4,45 K par l’apport d’hélium liquide et l’évacuation d’hélium gazeux.
En les maintenant à +/- 1 mm autour de l’axe faisceau malgré les déplacements associés à la mise sous vide et aux contractions thermiques.

#4072 - Màj : 30/08/2017

 

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