Guillaume OLRY
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G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003
Design d’une cavité demi-onde (HWR) 176 MHzDesign d’une cavité demi-onde (HWR) 176 MHzpour SPIRAL2pour SPIRAL2
Guillaume Guillaume OLRYOLRY
2G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003
Linac de Linac de référenceréférence
Programme de R&D :Programme de R&D : Pas de R&D: QWR 88 MHz, Pas de R&D: QWR 88 MHz, =0.07=0.07 R&D sur QWR ou HWR à 176 MHz, R&D sur QWR ou HWR à 176 MHz, =0.14=0.14
CEA/Saclay sur la QWRCEA/Saclay sur la QWR IPN/Orsay sur la HWRIPN/Orsay sur la HWR
QWRQWR
88 MHz88 MHz
=0.14=0.14
QWR ou QWR ou HWRHWR
176 MHz176 MHz
=0.07=0.07
Source Source D+D+
Source ions Source ions q/A=1/3q/A=1/3
Source ions q/A=1/6Source ions q/A=1/6D+ : E=40 MeVD+ : E=40 MeV
1/3 : E=14.5 1/3 : E=14.5 MeV/uMeV/u
~45 m~45 m
88 88 MHzMHz
La faisabilité, le prix et La faisabilité, le prix et les performances les performances
déterminent le choix déterminent le choix entre ces 2 types de entre ces 2 types de
cavitéscavités
3G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003
Différentes étapes de l’étude Différentes étapes de l’étude & objectifs& objectifs
FabricatioFabrication…n…
CATIACATIA
Génération Génération du modèle du modèle
3D3D
MAFIAMAFIA
Calculs des Calculs des différents différents
paramètres RF (f, paramètres RF (f, EEss/E/Eaccacc, B, Bss/E/Eaccacc, V, Vaccacc, ,
PPdissipéedissipée …) …) COSMOS/COSMOS/MICAVMICAV
Calculs de tenue Calculs de tenue à la pression + à la pression + sensibilité au sensibilité au
tuning + rigiditétuning + rigidité
Les objectifs « durs »:Les objectifs « durs »: RFRF: : EEaccacc>6.5 MV/m>6.5 MV/m pour E pour Esmaxsmax<40 MV/m et/ou B<40 MV/m et/ou Bsmaxsmax<80 mT<80 mT MécaniqueMécanique: : Contraintes max < 50 MPaContraintes max < 50 MPa (sous 1bar de (sous 1bar de
pression)pression)
Plus: Plus: couplage RF,couplage RF, sensibilité au tuning, rigidité, vibrations sensibilité au tuning, rigidité, vibrations mécaniques…mécaniques…
EEss/E/Eaccacc<6.15<6.15
BBss//EEaccacc<12.3 <12.3 mT/MV/mmT/MV/m
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Minimiser EMinimiser Ess/E/Eaccacc & B & Bss/E/Eaccacc
Première approche avec une Première approche avec une forme « simple »forme « simple »
0.30.333
5.75.7
16.16.33
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Études RFÉtudes RFOptimiser Optimiser
EEss/E/Eaccacc
Forme oblongueForme oblongue (« racetrack ») (« racetrack »)
Avantages p.r à forme cylindrique:Avantages p.r à forme cylindrique:
EEss/E/Eaccacc<5<5 Minimise Minimise effet défocalisanteffet défocalisant (asymétrie (asymétrie
des champs transverses)des champs transverses)
Axe faisceau
racetrackracetrackcylindriqucylindriquee
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Passer d’une forme cylindrique à une Passer d’une forme cylindrique à une forme coniqueforme conique
Qo @ 4K 1.46 10E+9 1.41 10E+9 1.27 10E+9r/Q (Ohm) 236 234 215G (Ohm) 44 43 39Es/Eacc 4.61 4.56 4.47Bs/Eacc (mT/MV/m) 12.80 11.02 9.52Eacc max @ 80 mT (MV/m) 6.25 7.80 8.91Gain/cavité @ 80 mT (MeV) 1.50 1.73 1.98
P diss (Eacc = Eacc max) W 6.58 9.06 14.30P diss (Eacc = 6 MV/m) W 6.07 6.20 7.29
Cavité 1 Cavité 2 Cavité 3
Études RFÉtudes RFOptimiser BOptimiser Bss/E/Eaccacc
BBss/E/Eaccacc
mais puissance dissipéemais puissance dissipée
… … donc compromis à donc compromis à trouvertrouver
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Études mécaniquesÉtudes mécaniquesTenue à la pression @ 1barTenue à la pression @ 1bar
déplacementdéplacementss
contraintescontraintes
0.08 mm 0.08 mm maxmax
Conditions limites: 1 bord fixe / 1 Conditions limites: 1 bord fixe / 1 bord librebord libre
16 MPa 16 MPa maxmax
Épaisseur du Niobium de 3 mm Épaisseur du Niobium de 3 mm OKOK
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Études mécaniquesÉtudes mécaniquesSensibilité au tuningSensibilité au tuning
extensionextension
0.5 mm0.5 mm
Conditions limites: 1 bord fixe / 1 Conditions limites: 1 bord fixe / 1 bord librebord libre
Effort de 1000 N Effort de 1000 N exercé sur un exercé sur un tube faisceautube faisceau
Rigidité K= 2000 Rigidité K= 2000 N/mmN/mm
Sensibilité = 30 Sensibilité = 30 kHz/mmkHz/mm
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RésultRésultatsats
Fréquence (MHz)Fréquence (MHz) 175.92175.92
Beta optimumBeta optimum 0.140.14
Qo @ 4K Qo @ 4K (Rrés=20 n (Rrés=20 n ))
1.3 E+091.3 E+09
r/Q (r/Q ()) 221221
G (G ()) 4040
Es/Eacc*Es/Eacc* 4.714.71
Bs/Eacc Bs/Eacc (mT/MV/m)*(mT/MV/m)* 9.899.89
Eacc @ Bs=80 mT Eacc @ Bs=80 mT (MV/m)(MV/m) 8.18.1
Gain @ Bs=80 mT Gain @ Bs=80 mT (MV)(MV) 1.941.94
Beta optimumBeta optimum 0.140.14
Puissance dissipée Puissance dissipée @ 4K@ 4K
12.8 W @ 12.8 W @ 8.1 MV/m8.1 MV/m
8.5 W @ 8.5 W @ 6.5 MV/m6.5 MV/m
10G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003G. OLRY, Journées Accélérateurs de la SFP, Porquerolles, 5-7 Octobre 2003
Suite et Suite et FINFIN
Nouvelle architecture du linac :Nouvelle architecture du linac :
utilisation de utilisation de cryomodules cryomodules « courts »« courts »
à 1 ou 2 cavitésà 1 ou 2 cavités
Tout à Tout à 88 MHz88 MHz avec des avec des QWR QWR =0.07 & =0.07 & =0.12=0.12
……
« La HWR 176 MHz « La HWR 176 MHz =0.14 est =0.14 est morte … vive la QWR 88 MHz morte … vive la QWR 88 MHz =0.12 »=0.12 »
~900 ~900 mmmm
~400 ~400 mmmm