Le système de vide du projet SPIRAL 2 -...

SPIRAL 2 RTVide 2016 – P. Dolegieviez

Le système de vide du projet SPIRAL 2

P. Dolegieviez

[email protected] www.ganil-spiral2.eu


sommaire

Le projet SPIRAL2

spécifications et contraintes particulières pour le Vide

le système de pompage de l’accélérateur

état de la construction

conclusion et prochains jalons


Le projet SPIRAL 2 SPIRAL : Système de production d’Ions Radioactifs Accélérés en Ligne

objectif: produire des faisceaux d’ions lourds radioactifs

par réactions de fragmentation ou de fission

technique : utiliser un faisceau primaire de haute intensité pour

produire sur une cible un faisceau secondaire (RIB).

Cas majorant en terme de sûreté : produire un haut flux de

neutrons sur une cible fissile

C

UCx 2000°C

diffusion / effusion

1+ n+

C

Source

UCx 2000°C

diffusion / effusion

deutons

40 MeV neutrons

1+ n+

production sur cible fissile

Ions lourds sur cible

14,5 MeV/n

faisceaux primaires -> 5 mA faisceaux secondaires -> 109 pps (Sn 132) à 1012 pps (He)


NFS : Neutrons For

Science

S3 : Super

Separator

Spectrometer

DESIR

BE RIBs

2 sources d’ions

q/A=1/2 , 5 mA

q/A=1/3 , 1mA

Accélérateur linéaire supraconducteur, 40MeV d, 14.5MeV/u IL

Lignes de transport

LHE

RFQ

Phase 2 non engagée

GANIL

SPIRAL 2 Phase 1

Le projet SPIRAL 2

2005 > 2010 permis de construire 2014 réception lots ‘batiment’ 2012 début installation ‘procédé’ 2014 faisceau source (protons) 2015 faisceau accéléré RFQ (protons) 2016 mise en froid partielle linac


Q/A I max

(mA)

Energy

(MeV/n)

CW

max beam

power

(kW)

P 1/1 5 2 - 33 165

D 1/2 5 2 - 20 200

Ions 1/3 1 2 - 14.5 45

1/7 1 2 - 8 48

SPIRAL 2 : l’accélérateur


grande variété de faisceaux (nature, intensité, énergie)

systèmes très spécifiques (sources d’ions, RFQ, cryomodules, AF)

contraintes fortes de sûreté

Challenges et particularités

Le projet SPIRAL 2

Objectifs sûreté : Pertes faisceau linac et LHE < 1W/m Dosimétrie indiv. annuelle < 2mSv

Spécifications / contraintes pour la conception des systèmes de vide

transmission des faisceaux (perte par échange de charges avec le gas résiduel) maitrise de la pollution (vide SC linac) coût dosimétrique (maintenance) fonctions de sûreté


Configuration générale du système :

• technologie ‘ultra-vide‘ • limitation aération et N2 ‘sec’ • pompage localisé (turbo/cryopompes /pompage primaire ‘sec’) • gaz de pompage collectés (contrôle avant rejet) • spec. radiorésistance des équipements ( LHE > 105 Gy)

LBE1 LBE2

LBEC RFQ

SC linac LHE

LME

Spécifications du système de vide


P (hPa) Vac. systems Specific requirements

SRFC Safety fonctions

LBE 1 1.10-8 TMP / cryopumps

LBE 2 1.10-6 (1) TMP

LBE C 1.10-8 / 10-6 TMP / cryopumps

RFQ 2.10-8 TMP / cryopumps

LME 1.10-7 TMP / cryopumps

SC linac < 5.10-8 (2) TMP

LHE 10-7 TMP

Collecte des flux de pompage pour contrôle avant

rejet ou entreposage

(1) space charge compensation

(2) warm sections close to CM

Spécifications du système de vide


groupes turbo-moléculaires 300 à 900 l/s (N2)

pompage localisé 2 niveaux de vide

Lignes de transfert de faisceaux basses énergies

Système de vide de l’accélérateur

PTM

groupes cryogéniques (cryopompes à cryogénérateurs

l/s : 1500 (N2) – 2500 (H2) – 4600 (H2O)


Système de vide de l’accélérateur RFQ

cavité quadripolaire radiofréquence assemblage de 5 tronçons

(F : 0,78m , l : 1m) structure en Cuivre Cu-C

88 Mhz E : 0,75 MeV/n <P> : 2.10-8 mb 1% de perte pour Kr 25+

Assemblage tronçons RFQ : joints métalliques


optimisation du pompage H2

Système de vide de l’accélérateur RFQ

3 cryopompes à cryogénérateurs + 1 TMP

Seff (m3.s-1) H20 N2 – CO H2

3 . cryo + 1 TMP 3,1 2,1 5

avec manchette et grille RF pour pompage

Montée en puissance RF en cours P : 5.10-9 mb (sans RF)

with IPHI DTL measurements q gu (100h/Cu/40kW RF) = 4,5.10-7 Pa.m.s-1

H2O N2+CO CO2 H2

RF on 17,6 % 13,9 % 7,5 % 61,0 %

Gas résiduel (prototype RFQ)

Taux de desorption


• 19 cryomodules • 26 cavités supra / Nb à 4,2 K / 6,5 MV/m • P cryo = 1,1kW@4,2 K • P faisceau max = 200 kW (D+)

3 m

Vide faisceau : pompage par sections ‘chaudes’ Vide d’isolement cryostat : groupes mobiles * Prévidage cavités HF : groupes mobiles dédiés

Système de vide de l’accélérateur l’accélérateur linéaire supraconducteur


0,58 m

sections ‘chaudes’

quadripôles de focalisation diagnostics de faisceau système de vide (SC et vide cavités)

exigences liées au risque pollution

(montage, exploitation)

proximité des cavités HF supra

20 sections ‘chaudes’


l’accélérateur linéaire supraconducteur


Montage sections ‘chaudes’

montage en salle blanche

Qualification vide

Intégration dans Q-pole et alignement

prêt pour l’installation sur le linac

l’accélérateur linéaire supraconducteur



Montage des cavités en salle blanche (isolement du

vide cavité) Montage des

cavités dans le cryostat


protection vide faisceau linac : de la salle blanche à l’installation sur site

Tunnel linac : raccordement SC aux cryomodules sous flux

laminaire


Pompage vide faisceau linac

contraintes pollution cavités supraconductrices :

intervention conditions salle blanche (ISO 5) mise sous vide – aération ‘lente’ (0,2 l/mn)

pompage H2 (P* : 10-3 Pa à 5K) configuration matériel : turbo localisée sur chaque section chaude (Seff (H2) > 80 l/s) pré -étuvage 150°C/48h de la SC équipée

Système de vide de l’accélérateur l’accélérateur linéaire supraconducteur


Pompes Turbomoléculaires (taux de compression élevés)

Pompage primaire centralisé

Couplé au système d’entreposage des gaz -> critères d’étanchéité

configuration spécifique (environnement radiologique) spec. équipements 105 Gy

système primaire centralisé (pompe à vis + turbo)

Système de vide de l’accélérateur Système de vide des lignes de transport ‘hautes énergies’

Système d’entreposage des gaz

• 2*2 m3 (double parois – P < 1 bar)

• Dilution H2 < 1%


linac

S3

(Phase 2) Production RiB Phase 2

Faisceaux => Pmax 200 kW

(deutons 5 mA,)

Beam Dump

10 kW => 200 kW

NFS facility Neutrons For Science

NFS beams : Pmax 2kW ,

50uA, D,P,He,C

Converter for

neutron production

and actinide targets

(A< 1 GBq for thin

target

A< 10 Gbq for

sealed targets)

Super Separator Spectrometer

S3 beams : q/A : 1/3, Imax : 1 mA, 2

à 14,5 MeV/u

High power rotating

targets including

actinides (A< 1 GBq

for thin target)

Le système de vide contribue aux fonctions de sûreté

(Confinement des matériaux nucléaires)

=> conception, AMDEC, tests de reception et procédures

d’exploitation soumis à autorisation (ASN)

Interaction des faisceaux avec des cibles et AF

=> contamination volatile dans les enceintes à vide



Système de vide LHE : fonctions de sûreté

900 m/s

25ms

Accélérateur

x30 cible

EIP limitation du transfert de la contamination volatile dans les enceintes à vide (4 vannes rapides)

• configuration et activation des systèmes en fonction du chemin du faisceau) • temps de détection / fermeture : 10 << 25 ms • Seuil de déclenchement : P > 10-2 hPa • couplé au système de coupure faisceau (Système EIS)

Mesure vitesse max du front d’onde au CERN : 900m/s

EIP surveillance du confinement : mesure du niveau de vide (< 10 mb)

SdA/GVC



Contrôle-commande du système de pompage

SdA/GGI

Baie instrumentation

API S7-300 + terminaux d’atelier -- supervision / réseau

Synoptique sur TA

7 automates et près de 2300 E/S



linac Zone de production

maintenance zone de production

DESIR

GANIL

Id.

Id.

1+/n+

HRS

cible (UCx) 1014 fissions/s

run max 3 mois RIBs: de 102-103pps à

1012pps A => 238

SPIRAL 2 : Phase 2 du projet (en stand by)

R&D système de pompage


limitation du transfert des gaz radioactifs : système dédié cryotrap

Bq

1 6,3 1014

2 7,2 1013

3 1,6 108

activité volatile Zone

de production

design : GANIL / IPN-O

télé opération

SPIRAL 2 : R&D système de pompage


Prototype cryotrap



Prototype cryotrap

GANIL / IPN-O

validation o modélisation du transfert des gaz o couplage thermique o efficacité (> 3 mois)

CO2

limitation du transfert des gaz RA

CO2 : pour les produits de fission considérés comme volatiles à partir de 50K et au dessus (Gr 1 : I ,Cs,

Te, Se,..)



SPIRAL 2 : état de la construction

Injecteur installé et en test avec premiers faisceaux (Q/A : ½)

• 1mAe 4He2+ • accélération à l’énergie nominale (734 keV/A) • 100% de transmission

tests de montée en puissance du RFQ

source D/p source Q/A:1/3

Ligne ‘basse énergie’

RFQ



cryomodules type A (b=0,07)

cryomodules type B (b=0,12)

le linac supraconducteur Raccordement

cryogénique aux cryomodules

95 % du linac est installé



En cours d’installation

les lignes de faisceau ‘hautes énergies’

Arrêt faisceau principal

Chambre à vide dipôle


Conclusion • système de pompage conçu en s’appuyant sur le REX d’exploitation du Ganil • nouvelles exigences de sûreté à intégrer pour l’exploitation des systèmes de vide (EIP/CEP)

Le système de vide du projet SPIRAL 2

• prochains jalons projet :

fin de l’installation de l’accélérateur cette année premier faisceau dans le linac mi-2017 (avec autorisation ASN début 2017)

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