RFQ assemblé et testé, prêt au conditionnement (crédit : ESS/CEA)
Les équipes du CEA en collaboration avec celles de ESS ont travaillé de long mois sur le conditionnement du RFQ livré à ESS en 2019. Le 28 juillet 2021, le conditionnement s’est terminé avec succès avec 110% de la puissance de fonctionnement nominale et le 26 novembre dernier, le faisceau est passé pour la première fois dans le RFQ.
Le conditionnement du RFQ marque la fin d’un processus long de plusieurs années au CEA pour cet élément, un composant central du futur accélérateur linéaire ESS en Suède.
Le RFQ ESS (« quadripôle radiofréquence ») est un composant de l'accélérateur linéaire ESS en Suède dans lequel des champs électriques radiofréquence sont utilisés pour focaliser, regrouper et accélérer un flux de particules chargées. Les cinq tronçons du RFQ ESS ont été réalisés en trois ans par le CEA avec les sociétés Mécachrome et AMD puis livrés, assemblés dans le tunnel de l’accélérateur et testés par les équipes CEA fin 2019.
Afin d’obtenir un RFQ opérationnel, celui-ci doit être « conditionné ». Le conditionnement est le processus d'augmentation progressive de la puissance RF (« Radio Fréquence ») dans le RFQ jusqu’à la puissance de 730kW permettant d’atteindre la tension accélératrice nominale requise par le faisceau de protons.
Une faible puissance (quelque kW) est appliquée au début du processus de conditionnement. Cette puissance génère une activité électronique dans le RFQ en partie à cause de la contamination apportée par l’air ambiant sur les surfaces internes en cuivre. Au fur et à mesure de l’augmentation de la puissance RF, cette activité électronique permet de nettoyer progressivement les surfaces. Le dégazage induit est alors récupéré par le système de vide. En parallèle, le système de refroidissement du RFQ s’assure de sa stabilité en température afin d’éviter des déformations de la cavité qui entraineraient un changement de fréquence du RFQ.
Les équipes du CEA, en collaboration avec les équipes de ESS, ont démarré le conditionnement en juin 2021, et le 28 juillet dernier, le conditionnement du RFQ de l’accélérateur linéaire ESS en Suède s'est terminé avec succès. Après 7 semaines, le RFQ a été conditionnée jusqu’à 110 % de la puissance de fonctionnement nominale et a atteint 96 % de disponibilité dans les étapes finales d'un fonctionnement stable.
Objectif : 729 kW, pulse de 3,2 ms, fréquence 14Hz.
Réalisé : 800 kW, pulse de 3,2 ms, fréquence 14 Hz.
Suite au conditionnement, les équipes de ESS accompagnées d’experts du CEA ont pour la première fois envoyé et accéléré un faisceau de protons dans le RFQ avec succès le 26 novembre 2021. Les premières mesures montrent une transmission supérieure à 90%.
ESS doit maintenant poursuivre le « commissioning » du RFQ qui consiste à augmenter progressivement les paramètres du faisceau à l’entrée du RFQ jusqu’au courant nominal correspondant à une puissance faisceau de l’ordre de 250kW.
RFQ en cours d’assemblage en Suède
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Contact : Anne-Catherine CHAUVEAU ; Christophe Mayri ; Olivier PIQUET
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