Division of systems engineering

NPM @ ESS : Non-Invasive Profile Monitors at the European Spallation Source

Jacques Marroncle

LASYD

**************************************

(English version below)

Pour guider en toute sécurité le puissant faisceau de protons de l'accélérateur ESS, plusieurs moniteurs de profil non invasifs sont installés le long de l'accélérateur. Entre 3,6 MeV et 90 MeV, la pression résiduelle du gaz est suffisamment élevée pour mesurer le profil transversal du faisceau en utilisant les photons de fluorescence induits par le faisceau sur les molécules du gaz résiduel. Au-dessus de 90 MeV, les protons sont accélérés par des cavités supraconductrices fonctionnant à des températures cryogéniques. Par conséquent, les signaux basés sur le processus de fluorescence sont trop faibles, alors que l'ionisation peut compenser cet inconvénient.

Nous avons fourni 5 paires IPM (Ionization Profile Monitors) pour des énergies allant de 100 à 600 MeV. Au cours de la conception et réalisation de ces moniteurs plusieurs défis ont été relevés : signal faible (énergie des protons élevée et basse pression <10-9 mbar), manque d'espace à l'intérieur de la chambre à vide, effet de charge d'espace, propreté ISO-5 et polarisation des électrodes à ±15 kV.

Cette présentation détaillera le développement que nous avons suivi pour répondre aux exigences de ESS.

**************************************

For a safe guiding of the powerful proton beam of ESS accelerator, several Non-invasive Profile Monitors are installed along the accelerator. Between 3.6 MeV to 90 MeV, residual gas pressure is enough high for measuring the transverse beam profile by using fluorescence photons induced by the beam on the gas molecules. Above 90 MeV, protons are accelerated by superconductive cavities working at cryogenic temperatures. Therefore, signals based on fluorescence process are too weak while ionization can counteract this drawback.

We have provided 5 IPM pairs (Ionization Profile Monitors) for energy ranging from 100 to 600 MeV. The design of such monitors was challenging: weak signal (high proton energy and low pressure <10^-9 mbar), lack of space inside the vacuum chamber, space charge effect, ISO-5 cleanliness and electrodes polarization at ±15 kV.

This presentation will detail the development we followed to fulfil the ESS requirements.