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MESURES du COURANT FAISCEAU
Sur l’accélérateur SPIRAL2
C. Jamet, T. André, F.Lepoittevin, C. Doutressoulles, B.Ducoudret CEA-CNRS/GANIL, CAEN, FRANCE email:[email protected]
SFP Journées Accélérateurs
2011
Le projet Spiral2 se compose d’un accélérateur et d’une section faisceaux radioactifs. L’accélérateur,
composé principalement d'une source d'ions, d'une source deuton, d'un RFQ et d'un linac
supraconducteur, pourra accélérer des faisceaux de 5 mA de deutons jusqu’à 40MeV et 1mA d'ions q/A=
1/3 jusqu’à 14,5MeV/u. .
Une nouvelle électronique a été développée au Ganil pour mesurer des courant provenant de
diagnostiques interceptifs (Coupelles de Faraday) et non-interceptifs (Transformateur d’Intensité).Le
but étant d’assurer des mesures de rendement, de suivi et de surveillance d’intensité Le principe
employé consiste à effectuer une conversion linéaire (courant tension) permettant de faire des mesures
de courant avec une grande précision sur une large gamme d’intensité.. Les diagnostiques et
l’électronique sont présentés .
DESCRIPTION de l’ ACCELERATEUR SPIRAL2
L’accélérateur est constitué de 3 parties principales, un injecteur, un linac supraconducteur et
des lignes hautes énergie. L’injecteur est lui-même composé d’une ligne deuton/proton, d’une
ligne ions basse énergie (LBE), d’un RFQ et d’une ligne moyenne énergie (LME). Deux types
de cavités supra sont utilisées pour le Linac (β=0.07,β=0.12).
GAMME DE FONCTIONNEMENT
LOCALISATION DES COUPELLES DE FARADAY
MECANIQUE
LOCALISATION DES ACCT /DCCT
Principe de ligne test :
La ligne de test permet de vérifier que
toute la chaîne de mesure se trouve
dans un état normal.
BLOCS ACCT/DCCT
Protons-Deutons: Is LINAC: 0,15mA –5mA
Ions lourds Q/A = 1/3: Is LINAC: 0,15mA –1mA
Ces diagnostics sont non-interceptifs et opérationnels pour toutes les particules à toutes les énergies.
Rôle de l’ ACCT:
Il est équivalent à un filtre passe-bande (3Hz-300kHz). Il est utilisé pour mesurer l’intensité de signaux relativement courts
en temps.
Gamme de fonctionnement:
Gain 1: 10mA/10V Gain 40: 250µA/10V
Niveau de bruit 3nA/Hz (Bruit RMS de 1µA pour 150kHz de B.P.)
Fréquence de fonctionnement: 3Hz à 300kHz
Temps de montée signaux faibles: 1,5µs
Temps de montée signaux forts: 8µs
Précision des mesures ACCT: 0,5%
Niveau d’offset : 1µA max.
Niveau « Low drop »: Perte de signal de 3,2% / ms
(constructeur: < 2% / ms) (low drop GANIL = 0,02% / ms)
Rôle du DCCT:
Il est équivalent à un filtre passe-bas (0-9kHz). Il est utilisé pour mesurer l’intensité de signaux relativement longs en temps.
Gamme de fonctionnement:
Gain 1:10mA /10V
Niveau de bruit 200nA /Hz (Bruit RMS de 20µA pour 10kHz de B.P)
Temps de montée mesuré: 45µs
Précision des mesures DCCT: 0,5%
Offset variable en fonction des variations du champ magnétique et des variations de température.
Niveau maximum estimé à 50µA.
Principe de mesure:
Le faisceau (ions chargés positivement) intercepté par
un bloc de cuivre, produit un courant I(t) positif que l’on
mesure par un ampèremètre (convertisseur courant-
tension). Cet ampèremètre étant installé entre la cage
de Faraday et la masse locale. La tension V(t), image
du courant I(t), sera numérisée puis traitée par un
logiciel applicatif. Une polarisation négative sera
installée pour s’opposer aux trajectoires inverses des
électrons secondaires émis. Un éclateur (limiteur de
tension) permettra de protéger le capteur et
l’électronique des surtensions.
CF LBE (EIS et non EIS)
Diamètre : 100mm
Puissance (sigma 3mm, température 250°): 1200W
Densité de puissance (sigma de 3mm) : 2120W/cm2
L’intensité maximum à mesurer sur le projet SPIRAL2 est de 6.5mA en deuton. Si nous voulons mesurer des rendements
importants, il est nécessaire d’avoir une précision importante. Le but est d’avoir une précision relative de l’ordre de 0,1 %.
Cela nécessite la possibilité de calibrer l’ensemble des électroniques de mesures avec une référence commune.
Deux gammes filtrées seraient disponibles, une gamme grand gain (petit calibre), une gamme petit gain(grand calibre). Le
choix des gammes est défini suivant la numérisation et la résolution souhaitée (pas de mesure):
Gamme 1: 250uA/10V (voie rapide et voie lente) Gamme 2: 10mA/10V (voie rapide et voie lente)
- La numérisation sera faite par cartes VME entrée +/- 10V
CF LME
Diamètre : 60mm
Puissance (sigma 3mm, température 250°) : 3000W
Densité de puissance (sigma 3mm) : 5300W/cm2
Elles sont conçues spécialement pour satisfaire aux caractéristiques des faisceaux et des
lignes de l’injecteur de SPIRAL2.
BANC DE TEST
La ligne « test » n’a qu’un seul point commun avec la ligne « mesure » qui se trouve à l’origine de la chaîne c’est a dire
sur la cible ; celle ci permet donc de tester toute la chaîne de mesure. La résistance Rt permet de faire la différence entre
un court-circuit et une connexion normale entre la ligne de mesure et la ligne test par mesure d’un courant sur la borne
test.
ELECTRONIQUE
Ces diagnostiques se trouvent à des endroits stratégiques de l’ accélérateur: LBEC, LME,BTI,LHE1 et
LHE2. Ils permettent de mesurer l’intensité des faisceaux sur SPIRAL2. Une des fonctions de la
mesure d’intensité est la surveillance des rendements de la machine. Le système doit déclencher en
cas de perte faisceau inférieur ou de l’ordre de la ms.
BANC DE TEST
MESURES DE RENDEMENTS
Le système de mesure sera constitué de deux détecteurs
(ou association de détecteurs) D1 et D2 de mesure
d’intensité du faisceau placés respectivement en amont et
en aval du LINAC. Le signal ΔI correspondant à la
différence du courant mesuré par D1 et D2 sera utilisé
pour couper rapidement le faisceau (hacheur) si un seuil
prédéterminé est franchi. Toute réduction d’intensité autre
que les pertes de faisceau à mesurer, causée par des
dispositifs agissant sur le faisceau placés entre D1 et D2,
devra être quantifiée pour être prise en compte par le
système de mesure.( rendement)
Structure temporelle du faisceau
LBEC DCCT 31
LME ACCT21&DCCT21 LHE1 ACCT11&DCCT11
LHE1 ACCT12&DCCT12
LHE2 ACCT21&DCCT21
BTI ACCT11&DCCT11