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GENEPI-3C : générateur de neutrons pour le programme GUINEVERE. Maud Baylac , LPSC-Grenoble, Journées accélérateurs de Roscoff - 2009. - PowerPoint PPT Presentation
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GENEPI-3C : générateur de neutrons pour
le programme GUINEVEREMaud Baylac, LPSC-Grenoble,
Journées accélérateurs de Roscoff - 2009
H.Aït Abderrahim, P.Baeten, P.B.Bard, A.Billebaud, G.Bergmans, P.Boge, D.Bondoux, J.Bouvier, T.Cabanel, P.Desrues, Y.Carcagno, G.Dargaud, JM. De Conto, E.Froidefond, G.Gaudiot, JM.Gautier†, Y. Gómez Martínez, G.Granget, G.Heitz, M.Heusch, B.Launé, D.Marchand, F.Mellier, Y.Merrer, R.Micoud, E.Perbet, M.Planet, P.Poussot, D.Reynet, C.Ruescas, J.P. Scordillis , D.Tourrès, D. Vandeplassche, F.Vermeersch, G.Vittiglio
CNRS/IN2P3 SCK•CEN, Belgique CEA/DEN
• Etudes des systèmes nucléaires dédiés à l’incinération des déchets nucléaires• Programme des réacteurs pilotés par accélérateurs :
Accelerator Driven Systems
• GUINEVERE consiste en:une expérience de couplage (à puissance nulle) entre le réacteur rapide VENUS-F (SCK-CEN, Mol, Belgique) et une
source de neutrons externe versatile (GENEPI-3C)
et répond au besoin d’uninstrument pour poursuivre les programmes expérimentaux dédiés
au pilotage et contrôle des réacteurs sous-critiques pilotés par accélérateur préliminaires à la réalisation d’un ADS de démonstration
Programme EUROTRANS/ECATS 6ème PCRD Européen
Contexte et objectifs
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• GUINEVERE prendra la suite logique du programme expérimental MUSE-4 (FP5) et permettra:
• le suivi en ligne de la réactivité par l’investigation de la proportionnalité courant/flux
• la détermination des conditions d’application des méthodes de calibration de la réactivité dans les « beam trips »
• l’investigation des procédures de contrôle de la réactivité pendant les opérations de chargement et démarrage du réacteur
dans un système représentatif d’un démonstrateur d’ADS (spectre de neutrons rapide, caloporteur plomb, faisceau continu)
Generator of Uninterrupted Intense NEutrons at the lead VEnus REactor
• Amélioration depuis MUSE4/GENEPI-1 & nouvelles spécifications
- Couplage vertical- Source de neutrons opérable en mode pulsé et continu
• Réacteur (SCK•CEN) : VENUS-F- Modification de VENUS (modéré à l’eau) en réacteur rapide (Plomb)- Combustible et plomb fournis par le CEA (Cadarache)- Extension du bâtiment pour accueillir l’accélérateur au dessus du réacteur
• Construction d’une nouvelle source de neutrons (IN2P3) : GENEPI-3C
- Source versatile (pulsé et DC) - Ligne verticale mobile pour insertion (et rétrait) dans le cœur
Spécificités de GUINEVERE
GENEPI-3C : spécifications faisceau
Mean current 160 μA to 1 mA
Beam trip rate 0.1 to 100 Hz
Beam trip duration ~ 20 μs to 10 ms
Transition edge ~ 1 μs
Beam spot size Φ ~ 20-40 mm
Maximum n rate ~51010 n/s
Pulse stability ~1%
• GEnérateur de NEutrons Pulsé & Intense- Accélérateur électrostatique de deutons (240 keV)- Production de neutrons (14 MeV) par la réactionT(d,n)4He
•Accélérateur capable de produire alternativement
- Mode pulsé intense Courant crête : 40 mA FWHM < 1 μs Taux répétition : 10-5000 Hz
- Mode continu faisceau DC interruptions programmables
• Source unique pour produire les différents modes de courant
DC mode
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Les débuts de GUINEVERE
• Les premières discussions avec le SCK•CEN : 2006 faisabilité, implantation de la machine
• Financement : Décembre 2006
• Collaboration IN2P3• LPC Caen• IPN Orsay• IPHC-DRS Strasbourg• LPSC Grenoble
Oct. 2006
Conception de l’accélérateur (2008)
Source d’ionsà la HT
Sélection(dipôle)
Cible
Blindage
Focalisation(quadripôles électrostatiques)
GENEPI-3C couplé à VENUS-F
GENEPI-3C
Dipôle
Coeur deVENUS-F
Salle de contrôleaccélérateur
Salle de ventilation
Salle de contrôleréacteur
filament
anode
intermediateelectrode
coils
Extraction & focusing(electrodes up to 60 kV)
• Duoplasmatron : générer le faisceau de D+ - adapté au mode pulsé- utilisé sur les machines précédentes
• Etudes pour atteindre les spécs. DC- efficacité d’ionisation D+ ~ 40%
• Plupart des spécs. atteintes 1 mA D+ interruptions programmables transitions ON/OFF ~ μs
• Pilotage des interruptions : en cours
Source d’ions
Drop time ~ 2-3 µsRise time ~ 5 µs
• Déviation du faisceau vers la ligne verticale & séparation magnétique
• Aimant en C, déviation 90º, 0.5 m rayon, 0.2 T, 31º faces
• Aimant doit être mobile pour permettre le dégagement de la ligne V
• Système de refroidissement avec des contraintes très strictes de protection contre les fuites (aimant directement au dessus du cœur)
Dipôle (IPNO) - 1
Dipole magnet (out position)- Unité de refroidissement
Déportée de la pénétration dans le bunker
- ConducteursFibre de verre + résine epoxy
- Electrique et hydrauliqueDouble enveloppe + carters étanches + détection humidité
• La chambre doit accommoder• Collecteur de deutons (D2
+, D3+ extraits de la source)
• Téléscope à protons de recul en vue directe de la cible
Dipôle - 2
DipoleDipole (in position) & cooling system
Deported cooling unitPort for ptelescope Ion collector
Location ofbunker penetration
• Positionnement de la cible montée sur le doigt de gant au centre du cœur• Certaines sections de la machine sont mobiles pour permettre les changements de cible et la maintenance du coeur
- dégagement horizontal du dipôle- ligne verticale hissée au pont
• Ligne V & blindage dans une structure, guidée aux niveaux haut et bas
Insertion de la ligne verticale (LPC Caen)
Barres de contrôle Barres de sécurité
Doigt de gant
FA (80x80 mm2)Encombrement ligne V (bas)
Cœur vu de dessus
Stockage de la ligne verticale (SCK•CEN)
• Support de la ligne pour les maintenances • Stockage de la ligne hors utilisation
Cible de Tritium
• Support de cible : disque de cuivre (IPHC)
• Dépôt de TiT (12 Ci) : SODERN
• Montée en bout du doigt de gant
- Titane deposit: 1100 µg/cm2, diameter: 40 mm- Tritium loading (by impregnation): 12 Ci - Titanium hydride ρ=4.2 g/cm2
- T/Ti ~ > 1.5
- Material: high purity copper OFHC- Diameter: 60 mm- Thickness: 1.5 mm- Back side:
-Pin fin size: 2.4x2.4x7 mm3 -Diameter of pin area: 40 mm
Refroidissement de la cible (IPHC)
• Spécifications et contraintes• Puissance faisceau : 250 W (mode DC)• Réacteur non refroidi: T ~ 45° en fonctionnement • Echauffement : minimal pour limiter la désorption du Tritium • Pas de matière hydrogénée dans le coeur (ralentissement
des neutrons dans un coeur rapide )• Volume disponible très limité ~ 110x110 mm2
• Système de refroidissement à air comprimé• Refroidisseur & sécheur (6 bars) • Diffuser au dos de la cible, avec 4 arrivées d’air
Doigt de gant et équipements cible (IPHC)
Thimble
Thermocouples isolated(2 used for redondancy)Current
measurments(1 used, 1 spare)
• Doigt de gant avec diffuser au dos de la cible
• Mesure de courant & température sur cible
• Détecteur Silicium en entrée de doigt de gant pour mesurer α de recul
Diffuser
Commissioning
Minimale
Intermédiaire
Complète
• Machine intégralement assemblée et testée au LPSC avant son transfert vers Mol
• Développements sur la source d’ions en parallèle sur banc test dédié
• Mise en œuvre et commissioning en 3 étapes au fur et à mesure de la construction
- configuration minimale source d’ions à la HT
- configuration intermédiaire+ ligne H, dipôle, tronçon V court
- configuration complète
Configuration minimale
Arc Beam
Pulsed beam at 220 keV
After SEM correction in Faraday cup I peak ~ 70 mAI peak ~ 70 mA
Similar to GENEPI-1 total source output
• Assemblage et tests : Décembre 2008Premiers faisceaux pulsés
Faraday cup
Configuration intermédiaire
LPSC, March 2009
• Faisceau en bout de ligne à la mise en route initiale : Avril
• “Transmission” après sélection magnétique I(end)/I(source) ~ 70% caractéristique du mode pulsé intense
• Tests et debug des équipements jusqu’au tronçon T2
• Tests d’interférence avec les chaines de mesure réacteur : OK
• Neutrons parasites (collecteur)blindage chambre aimant
Configuration complète• Tests : Juillet-Août
• profilomètre en bout de ligne• puis, doigt de gant en cible inerte
• Tests des équipements et du C&C • Mesure de profil par diag. à fils avec motorisation pas-à-pas inerte
• Transport des faisceaux
• Pulsé intense : 40 mA sur cible• Continu : 150 µA à ~ 1.2 mA
• Validation des mouvements : aimant, ligne V
• Validation des refroidissements• collecteur deutons de l’aimant• faisceau 250 W sur cible, maquette du canal d’insertion,
T max ~ 12 °!! pb de condensation à optimiser
Diag D2
Ligne V
+ qq dégâts, mais tous compris
Démontage et transfert
• Démontage et emballage de la machine : sep.
• Transport vers Mol : fin sep. – début oct.• 3 camions • cellule logistique du CNRS • 16 tonnes de matériel • Coût estimé ~ 1 M€
• Encore des développements sur la source - Interruptions programmables en mode DC - Pilotage du courant pour le couplage
• Achever l’assemblage de la machine au SCK•CEN : Décembre
• Présentation du dossier de sureté aux autorités belges : Décembre
pour obtention de l’autorisation de « licensing »
• Chargement du cœur VENUS-F & débuter le programme de physique : Janvier/Février 2010
Conclusions & perspectives
This work is partially supported by the 6th FP through the EUROTRANS Integrated Project contract # FI6W-CT-2005-516520