Guillaume OLRY

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


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


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


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


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


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


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


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


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

Guillaume OLRY

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