Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

CONDITIONNEMENT DU RFQ

La cavité accélératrice RFQ est le cœur de l’injecteur, elle est constituée de six éléments – les tronçons – d’environ un mètre chacun. Cette cavité est excitée par une onde de radiofréquence (RF) de 352 MHz. Elle est capable en même temps de regrouper quasiment sans perte le faisceau continu issu de la source et de l’accélérer tout en le focalisant. Il faut surmonter de grandes difficultés technologiques de réalisation pour obtenir ces fonctionnalités exceptionnelles. Suite à l’assemblage des six tronçons sur le support, les entrées RF (appelées ridges) ont été connectées. La phase de montage s’est ensuite finalisée par la mise en place du système de pompage et du système de refroidissement nécessaires au conditionnement. Le conditionnement consiste à injecter progressivement de la puissance RF au sein de la cavité. Au fur et à mesure des claquages, cette puissance augmente afin d’atteindre la valeur nominale de 1,2 MW. Le conditionnement du RFQ a commencé fin 2014. Environ 120 heures d’injection RF ont été effectuées avec un seul klystron, sans problème majeur (jusqu’à environ 120 kW crête/0,3 % cycle utile/f = 10 Hz). À la suite d’un arrêt permettant le montage du système de pompage définitif, le conditionnement a repris en 2015 et s’est poursuivi plus rapidement jusqu’à 800 kW de puissance crête mais a entraîné une modification des paramètres de fonctionnement. La conséquence fut une puissance réfléchie non nulle et non équilibrée, une perte de fréquence de résonance et une baisse de tension soit, un RFQ très dégradé. La décision a été prise de démonter les ridges pour analyser la situation. L’analyse a mis en évidence une pénétration de la RF sur les côtés des « ridges » qui a fragilisé les extrémités du joint RF, jusqu’à le faire fondre. Une solution technique utilisant un nouveau joint dans une gorge pré-usiné dans les ridges initiaux a permis de réutiliser ces derniers. À la suite de cette réparation, le RFQ a été remis sous vide et le conditionnement RF a repris sans encombre jusqu’à obtention de la loi de tension permettant l’accélération d’un premier faisceau.

LA LIGNE DE DIAGNOSTICS

La ligne de diagnostics assure le transport du faisceau de 300 kW jusqu’au bloc d’arrêt. La conduite du faisceau se fait avec des éléments de focalisation (quadripôles) et des éléments de déviations (steerers). La ligne de diagnostics permet la caractérisation du faisceau en intensité, en énergie, en profil et en 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 à 10 kW au maximum. Le design de la ligne et les diagnostics ont été réalisés par l’IPNO ; et le bloc d’arrêt de 300 kW a été quant à lui fabriqué au LPSC de Grenoble. Au cours de ces dernières années, l’équipe de l’IPNO a terminé l’installation des diagnostics et a optimisé la partie commande contrôle.

PREMIER FAISCEAU

La source et le RFQ ont été réglés en mode pulsé de 1 à 1,6 ms pour la source, et de 200 à 400 μs pour la RF du RFQ au début de la mise en service. La durée d’impulsion RF du RFQ est optimisée pour accélérer la fin du faisceau issu de la source. La première partie du pulse source est donc rapidement perdue dans les premiers centimètres de la structure de la cavité RFQ. La fréquence de répétition a été réglée entre 1 Hz et 5 Hz suivant le type de mesure effectuée. Ce mode de fonctionnement est, par hypothèse, proche d’un mode continu et devrait normalement produire des paramètres de réglage très similaires à ceux du mode continu.

Cette installation, réalisée en commun avec les équipes de l’Irfu et de l’IPNO est remarquable pour sa fiabilité et sa reproductibilité de fonctionnement. Les premiers résultats expérimentaux commencent à confirmer les résultats des simulations. La suite du travail a pour objectif la production d’un faisceau de 100 mA en continu.