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David Carrillo en nombre de la Unidad de Aceleradores

Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto. David Carrillo en nombre de la Unidad de Aceleradores. Índice. Contribución a CLIC–CTF3 (PETS, quads, kicker) PETS TBL Diseño y fabricación Medidas Contribución a XFEL Linac CIEMAT. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

David Carrillo en nombre de la Unidad de Aceleradores

Page 2: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Contribución a CLIC–CTF3 (PETS, quads, kicker)◦ PETS TBL

Diseño y fabricación Medidas

Contribución a XFEL

Linac CIEMAT

Page 3: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto
Page 4: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto
Page 5: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

* In 2004, CIEMAT joined the CTF3 experiment to test the feasibility of CLIC(CERN). Our contribution consists of the delivery of different components for the Combiner Ring and also for the Transfer Lines and the Test Beam Line. In this participation, with an overall budget of around 1,5M€, we had an important industrial contribution.

33 Horizontal/Vertical Correctors

Tail Clipper Kicker16 TBL quad Movers

Fast Kicker

Septa

4 TBL PETS

Page 6: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Previous design30 GHz PETS (4 waveguide extractor)

Final version:12 GHz PETS(2 waveguide extractor)

Electron

beam

Electric field produced when The electrons are “decelerated”

RF optimization

Power extracted

Power extracted

Page 7: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Copper rods

Power extractor Vacuum port

WR90 waveguide

Supports

Fiducials

Cooling pipes

Page 8: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Each PETS was made of eight OFE copper rods (800 mm) These were the most difficult parts to fabricate: overall tolerance is

+/- 0.02 mm and roughness should be better than 0.4 micron The coupling cell is smaller: two different tools were necessary Two intermediate thermal treatments for stress relaxation

8

Copper rod

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Waveguides brazed in Spanish company AIMEN

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•Brazing consists of the joining of metals through the use of heat and a filler metal – one whose melting temperature is above 450°C but below the melting point of the metals being joined

•There have been some problems: •Furnace has not view port •It has graphite heating elements•Copper machining (flatness, roughness)

Page 12: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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Courtesy Serge Mathot, CERN

•Copper parts were polished at CERN, because they were not flat enough

•Copper parts were cleaned by ultrasonic bath, and at CERN, they were also etched and passivated

•Power extractor was successfully brazed at CERN

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Page 15: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Contribución a CLIC (PETS, quads, kicker..)◦ PETS TBL

Diseño y fabricación Medidas

Contribución a XFEL

Linac CIEMAT

Page 16: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

A special test bench has been designed to do RF measurements on each rod It consisted of two side blocks put together with a single PETS bar in order to

create inside a mode with same properties as decelerating mode Results agree with 3-D measurements

Mode TE10

HFSS model

E field and probe

Phase S31 vs position

Page 17: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Mode launcher was needed to produce working mode in order to do RF measurements on PETS before final assembly

Two mode launchers were manufactured and measured and they were ok for measuring PETS final assembly

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Input couplers manufactured

HFSS input coupler model

Page 18: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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InputCoupler

InputCoupler

Coax to

WR90

Power Extractor

Absorber

Absorber

Port1

Port4Port2

Port3

Choke

Absorber

Coax to

WR90

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No visible change in S11 when removing wire, or absorber from port 4

Both S21 and S31 are aprox. -3dB at 12 GHz

S11 HFSS Simulation

S11 Experimental results

Page 20: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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•A special test bench was designed to measure the assembly of rods•A coaxial antenna was used to measure the field through the slots between the rods

Page 21: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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11944 MHz 50 MHz detuning

In the worst case a 10% power loss extraction is expected

Page 22: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

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m

MHz

dRa

df

2.0

m

MHz

dIncRb

df

1.1

Distance from PETS cell peak to axis

Radius of curvature

deg2MHz

edRcurvatur

df

Distance from peak to valley

R curvature

Beam

axis

Ra

IncRb

A sensitivity analysis is ongoing to understand the cause of this detuning

In principle frequency looks quite sensitive to the profile flatness and to the distance from peak to valley

Page 23: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Time (ns)

RF

pha

ses

(deg

)

Pout left

Pout right

0 100 200 300 400 500 600-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

Time (ns)

Bea

m c

urre

nt (

A)

BPM0150

BPS0210

BPS0250BPS0310

BPM0310

-100 0 100 200 300 400 500-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Time (ns)

RF

pow

er (

MW

)

Pout left

Pout right

Pref leftPref right

P predict

TBL PETS Contribution TBL Commissioning Status

RF power producedRF pulse phase

Beam current along the line

Courtesy Steffen Doebert, CERN

23

up to 10 A through PETS

20 MW max produced at a pulse length of 280 ns

Power production consistent assuming a form factor of 0.9

PETS series production launched together wit CIEMAT(series of 8)

Page 24: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

TBL prototype beam line spring 2009

BPM, Quad Mover, Quad, PETS-tank

Courtesy Steffen Doebert, CERN

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TBL PETS Contribution

Page 25: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

Contribución a CLIC (PETS, quads, kicker..)◦ PETS TBL

Diseño y fabricación Medidas

Contribución a XFEL

Linac CIEMAT

Page 26: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

XFEL CONTRIBUTION

LASER LIGHT SOURCES:XFEL (1)

• CIEMAT is collaborating since 2004 in the international project XFEL (X-Ray Free Electron Laser) to be installed in DESY (Hamburg).

• It is a Laser Light Pulsed Source of 100ns duration pulses in the band from 0.085 to 6 nm.

• It consists of a Superconducting LINAC ( cavities and magnets) up to 20 GeV plus an array of undulators based on permanent magnets.

Our contribution is valued in about 12 M€ and our commitment consist of the delivery of the following systems:

•120 Superconducting Magnets plus their Power Supplies.

• 91 Intersections between undulators made from different elements

Page 27: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

* Within the first contribution, our group has developed a short series of four superconducting combined magnets (one quadrupole + two dipoles) while the remaining 100 magnets will be developed by industry. The design is being reviewed to decrease the magnetization effects.

LASER LIGHT SOURCES:XFEL (2)

Combined Superconducting Magnet for XFEL (2006)

Combined Superconducting Magnet for XFEL

Installed in the “XFEL String” (2007)

fname "HH_10052007_0949"

60 40 20 0 20 40 600.114

0.116

0.118

0.12

0.122

0.124

0.126

0 - 5050 - 00- -50-50 - 00 - 50

I [A]

gdl/I

60 40 20 0 20 40 600.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1.06

0 - 5050 - 00- -50-50 - 00 - 50

I [A]

gdl/I/.1

223

Magnetization Measurements for the

Combined Superconducting Magnet for XFEL (2007)

Page 28: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

* Within the second contribution, CIEMAT must deliver some main components of the intersections between undulators, as well as its full assembly (optional). These components are:

* The Phase Shifter Magnet (including a magnetic measuring table to measure its field quality)

* The MOVERS for the quadrupoles

* The base structure for the full Intersection

LASER LIGHT SOURCES:XFEL (3)

General Scheme for the XFEL Interseccions

Page 29: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

LASER LIGHT SOURCES:XFEL (4)

Phase Shifter 3D Model by CIEMAT

Measurement bench 3D Model

by CIEMAT

Mover 3D Model by CIEMAT

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Contribución a CLIC (PETS, quads, kicker..)◦ PETS TBL

Diseño y fabricación Medidas

Contribución a XFEL

Linac CIEMAT

Page 31: Actividades del grupo de aceleradores del CIEMAT en los grandes aceleradores lineales en proyecto

MULTIPURPOSE: THE CIEMAT LINACCIEMAT is considering to install a multipurpose accelerator to study some of the applications presented in this table. A first analysis has been performed at Bevatech and there an existing proposal based on IH cavities

APLICACION Partículas Energía (Mev)

Corriente (µA)

TRANSMUTACION p,d 200 100-1500 INSTRUMENTACION NUCLEAR

p,d 15-30 100

MATERIALES p,He 5-50 10 FUSION p,d,He 20-60 1-10 DOSIMETRIA p 100 1 MEDICINA NUCLEAR p,d,He 7-200 0,01-100 ELECTRONICA p 5-60 0,01-1 Proposal for a LINAC-CIEMAT based on IH Cavities at room

temp.

ION SOURCE Parameter

Ion Species H,D,He A/q=2

Beam Current Up to 1 mA

Beam Emittance 0.4-0.8

Extraction voltage 3-20 kV

RFQ Parameter

Input Energy 3-10 (AkeV)

Output Energy 300-1000 (AkeV)

Operation RF Frequency 175 MHz

Duty cucle >1% (possibility cw)

DTL Parameter

Input Energy 300-1000 (AkeV)

Output Energy 30 (AMeV)

Operation RF Frequency 175 MHz

Upgrade option Yes, up to 50 (AMeV)

Energy variability Yes in 5 steps