isabelle bailly laboratoire des accélérateurs electrostatiques sfp-journées accélérateurs...
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Isabelle BAILLYLaboratoire des Accélérateurs ElectroStatiques
SFP-Journées Accélérateurs
PORQUEROLLES 5-7 Octobre 2003
Présentation généralePrésentation générale
Les Accélérateurs Électrostatiques 4MV et 7MV
Applications des Accélérateurs ÉlectroStatiques
Production de neutrons monocinétiques
Pulsation et Compression
Laboratoire des Accélérateurs ÉlectroStatiques
LAES (I)
Laboratoire des Accélérateurs ÉlectroStatiques
11 personnes2 ingénieurs – chercheurs (annexe I) 9 opérateurs machine (annexe II)
correspondant utilisateurGSR cibles de productionspécialistes technique de vide, mécanique……
2 accélérateurs électrostatiquesVan de Graaff 4 MVVan de Graaff – tandem 7 MV
Département de Physique Théorique et Appliquée (DPTA)
Service de Physique des Accélérateurs et Applications (SP2A)
Laboratoire des Accélérateurs ÉlectroStatiques
Analysematériaux
(DRMN,DMAT)
pôle CEA (DSM, DSV)
+ extérieur
Physique nucléaire
(DPTA)
Vieillissement (DRMN,DCRE,DPTA)
Etalonnage détecteurs
neutron(DCRE,DPTA,DRMN)
28 %
20%15.6%
22.4%
14%
Distribution du temps de faisceau en 2002
1H, 2H, 3He, 4He, Basse énergie et fort courant
Faisceaux secondaires : +Neutrons (+ monitorage) Energie: 30 keV7 MeV
et > 15 MeV Flux ~107 n/s/sr
Tandem Van de Graaff 7 MV
1H, 2H, 3He, 4He, …Haute énergie, courant moyen
C … Au Energie: qqMeV/u Faisceaux secondaires: neutrons
Van
de
Gra
aff 4
MV
LAES (II)
Laboratoire des Accélérateurs ÉlectroStatiquesSystème de management de la QUALITE Norme ISO 9001 version 2000
CLIENTS
exigences
CLIENTS
Satisfaction
Responsabilité de la direction
Management des ressources
Mesures, analyseet amélioration
Réalisation du produit
PRODUIT
Suite….. management environnemental norme ISO 14001
Amélioration continue du système de management de la qualité
LAES (III)
LAES (IV)
4 MV 7 MV 4 MV 7 MV 4 MV 7 MVM 1 S 1 S 1
J 2 D 2 D 2
V 3 L 3 6 L 3 10
S 4 M 4 Assaillit Sauvestre M 4 Petibon
D 5 M 5 DRMN/SRNC DCRE/SEIM M 5 DPTA/SP2A ENTRETIEN
L 6 2 J 6 Mobley LA03 90° J 6 µsonde
M 7 Petibon D'Hose V 7 V 7
M 8 DPTA/SP2A DCRE/SEIM S 8 S 8
J 9 µsonde LA03 90° D 9 D 9
V 10 L 10 7 L 10 11
S 11 M 11 Assaillit Poncy M 11
D 12 M 12 DRMN/SRNC DSV/DRR M 12 ENTRETIEN ENTRETIEN
L 13 3 J 13 Mobley L2 ligne 22° J 13
M 14 Ledoux V 14 V 14
M 15 ENTRETIEN DPTA/SPN S 15 S 15
J 16 L2 ligne 11° D 16 D 16
V 17 L 17 8 L 17 12
S 18 M 18 Landoas Zielinsky M 18 Jehanno
D 19 M 19 DCRE/SDE DPTA/SP2A M 19 DRMN/SMCI ENTRETIEN
L 20 4 J 20 Mobley LA03 90° J 20 mixage
M 21 Jehanno Zielinsky V 21 V 21 flament
M 22 DRMN/SMCI DPTA/SP2A S 22 S 22
J 23 mixage LA03 90° D 23 D 23
V 24 L 24 9 L 24 13
S 25 M 25 Granier Grynzpan M 25 Petibon
D 26 M 26 DPTA/SPN CNRS M 26 DPTA/SP2A ENTRETIEN
L 27 DPTA/SP2A 5 J 27 Mobley LA03 90° J 27 µsonde
M 28 IRSN Fernandez V 28 V 28
M 29 DCRE/SDE ESA S 29
J 30 Mobley L2 ligne 22° D 30
V 31 L 31 14
JANVIER FEVRIER MARS
fermeture Centre DIF ou CEA ou jours fériés ou arrêt machine
4 MV 7 MV 4 MV 7 MV 4 MV 7 MV 4 MV 7 MVM 1 Barreau Delaunay J 1 D 1 M 1 Hamel Delaunay
M 2 CENBG DRMN/SEMN V 2 L 2 23 M 2 DMAT/SCMF DRMN/SEMN
J 3 DPTA/SPN LA03 45° S 3 M 3 Lahaye Fernandez J 3 µsonde LA03 45°
V 4 Mobley D 4 M 4 IRSN ESA V 4
S 5 L 5 19 J 5 IRSN L2 ligne 22° S 5
D 6 M 6 V 6 D 6
L 7 15 M 7 S 7 L 7 28
M 8 Barreau Delaunay J 8 D 8 M 8 Jehanno varignon
M 9 CENBG DRMN/SEMN V 9 L 9 24 M 9 DRMN/SMCI DPTA/SPN
J 10 DPTA/SPN LA03 45° S 10 M 10 Landoas varignon J 10 mixage L2 ligne 11°
V 11 Mobley D 11 M 11 DCRE/SDE DPTA/SPN V 11
S 12 L 12 20 J 12 Mobley L2 ligne 11° S 12
D 13 M 13 V 13 D 13
L 14 16 M 14 ENTRETIEN ENTRETIEN S 14 L 14 29
M 15 Granier Varignon J 15 D 15 M 15
M 16 DPTA/SPN DPTA/SPN V 16 L 16 25 M 16
J 17 Mobley L2 ligne 11° S 17 M 17 Petibon Zielinsky J 17
V 18 D 18 M 18 DPTA/SP2A DPTA/SP2A V 18
S 19 L 19 21 J 19 µsonde LA03 90° S 19
D 20 M 20 Petibon Zielinsky V 20 D 20
L 21 17 M 21 DPTA/SP2A Flament S 21 L 21 30
M 22 Jehanno test J 22 µsonde ions lourds D 22 M 22
M 23 DRMN/SMCI source V 23 DPTA/SP2A L 23 26 M 23
J 24 mixage ions lourds S 24 M 24 Landoas varignon J 24
V 25 DPTA/SP2A D 25 M 25 DCRE/SDE DPTA/SPN V 25
S 26 L 26 Hamel 22 J 26 Mobley L2 ligne 11° S 26
D 27 M 27 DMAT/SCMF LA02 V 27 D 27
L 28 Gressier 18 M 28 µsonde DPTA/SP2A S 28 L 28 31
M 29 IRSN Flament J 29 D 29 M 29
M 30 Mobley LA02 V 30 L 30 27 M 30
S 31 J 31
entretien étude ligne ou machine DPTA/SP2A
AVRIL
étude faisceau + ligne
MAI JUIN JUILLET
étude faisceau + ligne
Expression du besoin :Demande de temps de faisceau Établissement d’un planning de
répartition du temps de faisceauDEMANDE DE TEMPS DE FAISCEAU SUR LES ACCELERATEURS ELECTROSTATIQUES
(Retourner les 2 exemplaires à DIF/DPTA/SP2A/LAES, BP12, 91680 Bruyères-le-Châtel - I. BAILLY) Sujet de l’expérience : Est ce un nouveau programme ? oui non Nom du responsable de l’expérience :……………………………………………………… Adresse de l’organisme demandeur :…………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………… Tel : ……………………………………… Fax : ……………………………………... e-mail : …………………………………… Imputation budgétaire : n° EOTP ……………………………. Tâche …………………….. Caractéristiques du faisceau Accélérateur : Tandem 7MV VdG 4MV Salle ou ligne utilisée :………………….
Nature Energie des ions (MeV) Continu (C) Intensité Energie des neutrons (keV) des ions minimale maximale Pulsé (P) maximale minimale maximale Temps de faisceau Temps demandé : Dates préférentielles : Remarques :
Date :……/……/……, Signature du responsable de l’expérience
Suite à la réunion planning du ……/ ……/ ……, le temps d’utilisation des faisceaux des accélérateurs électrostatiques du Département de Physique Théorique et Appliquée (DPTA) qui vous a été attribué pour ce …… semestre ……. , est de …. jours, répartis sur …… semaines (numéros ………….…). Votre correspondant d’expérience est ………………………………………. 01 69 26 …. …. . Les conditions d’expérimentations sur les accélérateurs électrostatiques sont précisées au verso de cette page.
Le ……/ ……/ ……, à Bruyères-le-Châtel P.O. le responsable du Laboratoire des Accélérateurs Electrostatiques
Liens avec le client ?
LAES (V)
PU-A-2002
N° semaine : Année :
Programme prévisionnel d’utilisation des accélérateurs électrostatiques Van de Graaff 4 MV Van de Graaff – Tandem 7 MV
DIF
DPTA
Correspondant d’expérience : …………………………………………………………………………………………………………………………………. Utilisateurs et catégorie radiologique ( A, B, NE) :……………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Objet de l’expérience : …………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi
Continu / pulsé1
Ions
Energie
Faisceau d’ions
Intensité
Energie neutron
nature
Cibles épaisseur
demandées
Sources radioactives amenées
Horaires de fin d’expérience (19h, 22h ou nuit)
Interventions sur le montage expérimental ou sur la ligne en dehors des heures ouvrables (O/N)
Entrée de matériel sur le Centre DIF oui2 non
A retourner au plus tard 10 jours avant l’expérience à Isabelle Bailly par fax 01 69 26 70 24 ou par e-mail : [email protected], merci d’avance.
1 Précisez, si possible, les caractéristiques des impulsions (période, durée et amplitude) 2 Envoyer à Isabelle Bailly au plus tard 2 jours avant l’expérience la liste du matériel et se munir de cette liste lors de l’entrée sur le Centre DIF
FICHE de SECURITE (1/2) – Accord Préalable Programme Accélérateurs : TANDEM 4 MV ELSA Semaine : Hors programme Accélérateurs : PN P2A
DIF
DPTA
CORRESPONDANT d’EXPERIENCE : Nom : Visa : OPERATION (Expérimentation ou intervention) : Dates, période ou durée : au
Identité et classement radiologique des expérimentateurs : A B NE
…………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………
…………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………
Dérogation ou accès réglementé nécessaire : Dérogation SPR accès réglementé Physicien
Horaires spéciaux : SOIREE NUIT
CONSIGNES APPLICABLES et FORMATION Règles Générales d’Exploitation Autres consignes particulières, mode opératoire ou
procédures :
Les expérimentateurs ont-ils déjà été formés au poste de travail ?
Oui Non Complément d’information demandé
…….. (voir page 2/2) Fiche de retour d’expérience :
Oui … Non
Laboratoire ou Salle : (uniquement pour les accélérateurs) Ligne : Courant: Energie: Particules:
Prévisions d’utilisation de SOURCES RADIOISOTOPIQUES ou MATIERES NUCLEAIRES :
Cf252 Cs137 Co60 Eu AmBe Na22 Am241 3 corps PG2 RaBe Y88 Ba133 105 cps/s Pu239 Autres :
Maintien sur place hors Heures ouvrées
CIBLES PRODUCTRICES de RAYONNEMENT
Nature :
Référence :
ECHANTILLONS IRRADIES
Nature:
RISQUES : Activation ? Contrôle demandé Radiologique Chimique Biologique Autres risques particuliers:
ANALYSE PARTICULIERE - CONSIGNES et RECOMMANDATIONS SPECIALES (formulées par le GRI/L, l’ISI et/ou l’AS en concertation avec le Correspondant d’Expérience) :
AVIS après
analyse des risques
GRI/L: Le:
ISI ou AS: Le :
OPERATION AUTORISEE le: / / le Chef d’Installation :
Numéro d’enregistrement : FS ___ ___ ___ Fiche de suivi (2/2) : Oui Non Année – mois – N°ordre:
Aspect sécurité (et Environnement ?) Norme ISO 140001Programme expérimental
décrit par le client-utilisateur
LAES (VI)
REx-A-2002
N° semaine : Année :
Fiche de retour d’expérience Van de Graaff 4 MV Van de Graaff – Tandem 7 MV
DIF
DPTA
Salle d’expérience / ligne :…………………………………………………………… Correspondant d’expérience :………………………………………………… Nom des utilisateurs : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Objet de l’expérience : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi
Horaire prévu
Nature et mode
Faisceau : Gamme d’énergie / courant
Observations : - Faisceau
- Expérimentation
- Sécurité
Bilan de la semaine : % d’objectifs atteints 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Si <50%, précisez : Suggestions : A envoyer au chef du LAES et au correspondant d’expérience avec copie au chef d’installation et à l’Ingénieur Sécurité (avec PJ s’il y a lieu)
Indicateurs de satisfaction client
Temps de disponibilité faisceau
% d’objectifs atteints par le client
Les Accélérateurs ÉlectroStatiques
Acc. (I)Acc. (I)
Légende
Hall tank accélérateur
Hall principal d'expérim entation
Hall m icrosonde nucléaire
L3T
L3 H1
L3 H2
L3 H2L3 T
L3 H1
Réservoirdestockage
Porte chicane Sud
Tankaccélérateur
Portechicane
Nord
Porte lourde Nord
Microsondenucléaire
Ligne Mixage Ionique
Ligne Mobley ( + 45°)
Ligne - 15°
Ligne - 45°
Ligne - 60°
droite
gauche+
_
0°
L3 H5
L3 H3
L3 H4
L3 H3
L3 H4
L3 H5
Local d ’éta lonnage
SAS propre
SAS d’entrée / sortie
5 lignes de faisceau2 salles d’expérience
Plan de l’accélérateur électrostatique
Van de Graaff 4 MV
Acc.(II)Acc.(II)
Les Accélérateurs ÉlectroStatiques
1H, 2H,3He, 4HeÉnergie 500 keV à 4 MeVFaisceau continu : courant > 300µA pour des énergies > 1.5 MeVFaisceau pulsé :
-Par hachage entre la source et le tube accélérateur : 10 ns, 2.5 MHz-Par compression magnétique MOBLEY : 1 ns, 2.5 MHz
Xe : Énergie jusqu’à 1.5 MeV: mesure 12 µA à 1.2 MeV
Caractéristiques des faisceaux d’ions de l’accélérateur électrostatique Van de Graaff 4 MV
Acc. (III)
Les Accélérateurs ÉlectroStatiques
SCTANDEM
LA04
LA02
La01
LA03
local auxiliaires TANDEM
L/2
Ligne 0°
Ligne - 45°
S M
Ligne + 45°
Ligne - 90°
Ligne + 11°0°
Ligne + 22°
Ligne + 45°
S M
Légende:
: Salle de com m ande
: Salles de m esures
: Locaux techniques
: Salle de repos
T
S M
R
SC
SM
T
R
LA01 : Salle d 'expérim entation N° 1
LA02 : Salle d 'expérim entation N ° 2
LA03 : Salle d 'expérim entation N° 3
LA04 : H all de l'accélérateur
N° P lan : 7M V lignes 2002 N 0
1 : Source IBA ( protons et deutons )
2 : Source ICO N EX 860 ( L i à Au )
3 : Source ALPHATRO SS ( HE et H E )4 3
T
TTL
L2
C O M PLEXE AC C ELER ATEU R S - TAN D EM N iveau zéro
T
1 Source IBA2 Source iconex 8603 source alphatross
LA01: salle d’expérimentation n°1LA02: salle d’expérimentation n°2LA03: salle d’expérimentation n°3LA04: hall accélérateur
7 lignes de faisceau et 4 salles d’expérience
Accélérateur électrostatique Van de Graaff- Tandem 7 MV
Acc. (IV)
Les Accélérateurs ÉlectroStatiquesCaractéristiques des faisceaux d’ions de l’accélérateur
électrostatique Van de Graaff –tandem 7 MV
Source IBA : 1H, 2H Énergie 2 à 14 MeV Source en continu + faisceau en continu, courant limité à 20 µASource en continu + faisceau pulsé, 1à 2 ns, Imoyen ~1 µA, fmax = 2.5 MHz Source en mode pulsé, 100 µs, Icrête= 300 µA, fréquence max = 100 Hz
Source ALPHATROSS : 3He, 4He Énergie 2 à 21 MeV mode continufaisceau en continu, courant entrée machine 1.5 µAfaisceau pulsé, ~2ns, Imoyen= 50 nA, fmax = 2.5 MHz
Source ICONEX 860 : Ions lourds (B, C, F, P, S, Ni, Cu, …I, Au)Énergie: de quelques MeV à 100 MeV selon les ions en mode continuLe courant dépend de -l’ion accéléré
-de l’état de chargefaisceau pulsé, qq ns, fmax = 2.5 MHz
Appli. (I)
Domaine d’utilisation des accélérateurs électrostatiques
Physique nucléaire et neutronique :-CARMEN-CIRENE : -MUSTARD :
Étalonnage de détecteur : - dosimètrie neutronique,- étalonnage neutrons,- spectromètrie
Irradiations de matériaux : (modulation dose, débit, énergie des ions, dépôt par particule)
- vieillissement du Pu- radiobiologie sur cellules vivantes- modélisation irradiation spatiale
Analyses de matériaux : (par microsonde et/ou par faisceau d’ions non focalisé)
- éléments constituants- profil de concentration…
caractérisation des isomères
Appli. (II)
Physique NucléaireMesure des sections efficaces (n, xn)
Production d’un « faisceau » collimaté de neutrons monocinétiques
Casemate en béton
Mur enplomb
CARMENCompteurs Associés Relatif à la Mesure des Neutrons
Spectre en énergie des neutrons (à angle et énergie incidente donnés) corrélé à la multiplicité neutronique de chaque réaction
Appli. (III)
Objectif principal est une exploration approfondie des sites célestes émissifs dans la bande spectrale des rayons gamma de basse énergie.
INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)
mission astronomique de l'Agence Spatiale Européenne.
Etalonnage du spectromètre d’INTEGRAL sur le site de DIF
(accélérateur VdG-4 MeV)
1- étalonnage en énergie par des photons émis par des
sources (E=60 keV à 1.8 MeV)
ou produits par interaction ions-cible (E=1.8 à 8 MeV)
2- reconstitution des imagesÉtalonnage avec des sources
lointaines
Appli. (IV)
ScintillatorNe102 + PM
Feuille de fin de ligne (HAVAR)
puits de culture de cellules
12
34
5
Irradiation de culture de cellules Faisceau diffusé sur une feuille d’or et extrait du vide des lignes,
Pour la DSV, faisceau de particules alpha d’énergie à l’entrée de la cellule variable de 2 à 16 MeV, de 104 à 109 /cm²/s
neutron (I)
Production d’un champ de Neutrons Monocinétiques
Cible de productionTi/T, Ti/D, 7Li
Support Au ou Ta
Faisceau primaire d’ions(p ou d)
Détecteur neutronNE213 + PMBF3
Chaîne d’acquisition
programme de calcul cinématique de réaction et de flux de neutron:+ énergie du faisceau primaire/ faisceau neutron en fonction de l’angle+ détermination du nombre de neutrons/s/sr ± incertitude
neutron (II)
réaction (p ou d) sur cibles solides => courant limité à 6 µA
Énergie Énergie neutronneutron
(MeV)(MeV)
réactionréaction Énergie ionsÉnergie ions
(MeV)(MeV)0°0° 20°20°
0.03< En 0.03< En <0.7<0.7
77Li(p,n)Li(p,n)77BeBe 1.93< Ep 1.93< Ep <2.4<2.4
~ 3.7~ 3.7..101077 ~ 3.6~ 3.6. . 101077
0.7< En <3.00.7< En <3.0 T(p,n)T(p,n)33HeHe 1.3< Ep 1.3< Ep <4.0<4.0
~ 8.5~ 8.5..101077 ~ 6.9~ 6.9. . 101077
4.0< En <7.04.0< En <7.0 D(d,n)D(d,n)33HeHe 1.0< Ed 1.0< Ed <4.0<4.0
~ 5.0~ 5.0..101077 ~ 2.2~ 2.2.. 10 1077
15< En >20.715< En >20.7 T(d,n)T(d,n)44HeHe 0.5< Ed 0.5< Ed <4.0<4.0
~ 1.7~ 1.7..101077 ~ 1.3~ 1.3.. 10 1077
neutron/s/sr
Gamme d’énergie et Flux de neutrons
neutron (III)
Moniteurs du flux de neutrons Compteur directionnel à BF3
Scintillateur NE213 + Photomultiplicateur + électronique pour une discrimination neutron-gamma, seuil de détection à ~ 4 MeV neutron
Compression (I)
Nécessité d’un faisceau pulsé et d’une compression associée
x4x10
Mesure de l’énergie des neutrons par la méthode de temps de vol
Pour une pulsation à 2.5 MHz soit 400 ns de récurrence
Compression (II)
Création d’un faisceau pulsé de 2.5 MHz
Description 2D du champ électrique:Pulsation par LissajousTANK
pulsation cavité dipôle400 ns
source
J.-G. MARMOUGET
Compression (III)
Regroupeur HF de VdG-4MVRegroupeur HF de VdG-4MVligne Mobley – cavité déviatrice 20 ligne Mobley – cavité déviatrice 20
MHzMHz
J.-G. MARMOUGET
Compression (IV)
Champ électrique dans la cavité Mobley
J.-G. MARMOUGET
Compression (V)
Evolution de la duréedu pulse
Calcul d’enveloppedu faisceau de protonsde 4 MeV.
Calcul TRACEWINCalcul TRACEWIN
J.-G. MARMOUGET
CONCLUSIONCONCLUSION 2 accélérateurs électrostatiques VdG – 4MV et VdG
tandem-7MV le gamme en énergie s’étend de 500 keV à 14 MeV pour p et d
production de champ de neutrons monocinétiques avec une gamme en énergie de 30 keV à 7 MeV et 15 à 21 MeV
Nécessité de faisceau pulsé de courte largeur temporelle ~1ns
Faisceau pulsé par Lissajous 2 modes de compression temporelle
par modulation transverse (compression MOBLEY)par modulation longitudinale (Buncher haute énergie)