Review Attività LNS, 1-2 luglio 2015 Attività Divisione Acceleratori Danilo Rifuggiato INFN Laboratori Nazionali del Sud, Catania Review Attività LNS, 1-2 luglio 2015

I Laboratori Nazionali del Sud LNS: acceleratori e sale sperimentali Chimera Magnex Ciclope Catana 0° 20° Medea 40° 60°-80° FRIBS@LNS Superconducting Cyclotron Tandem

Gli acceleratori di particelle ai LNS Come studiare i primi istanti di vita dell’Universo? Iniettore 450 KV 2 sorgenti sputtering Sorgente ECR Normal conducting CAESAR Sorgente ECR Superconduttiva SERSE

Il Ciclotrone Superconduttore dei LNS (T/A)max = Kbending (Q/A)2 ~ 25 AMeV Au36+ (T/A)max = Kfocusing (Q/A) 100 AMeV fully stripped Bending limit K=800 Focusing limit Kfoc=200 Pole radius 90 cm Yoke outer radius 190.3 cm Yoke full height 286 cm Min-Max field 2.2-4.8 T Sectors 3 RF range 15-48 MHz Versatilità (performance) Affidabilità (protonterapia) Alta intensità (fasci radioattivi)

Fasci sviluppati al Ciclotrone Superconduttore AX E (AMeV) H2+ 62,80 H3+ 30,35,45 2D+ 35,62,80 4He 25,62,80 He-H 10, 21 9Be 45 11B 55 12C 23,62,80 13C 45,55 14N 62,80 16O 21,25,55,62,80 18O 15,55 19F 35,40,50 20Ne 20,40,45,62 24Mg 50 27Al 40 36Ar 16,38 40Ar 15,20,40 40Ca 10,25,40,45 42,48Ca 10,45 58Ni 16,23,25,30,35,40,45 62,64Ni 25,35 68,70Zn 40 74Ge 40 78,86Kr 10 84Kr 10,15,20,25 93Nb 15,17,23,30,38 107Ag 40 112Sn 15.5,35,43.5 116Sn 23,30,38 124Sn 15,25,30,35 129Xe 20,21,23,35 197Au 10,15,20,21,23 208Pb 10 4He 80 AMeV 112Sn 43.5 AMeV In rosso fasci con intensità 1012 pps

Ore di fascio on target nel 2012 Utilizzo dei fasci del Ciclotrone nel 2012 Ore di fascio on target nel 2012 2710 h Numero max ore di fascio per anno Esperimenti (PAC) 2160 Protonterapia 680 Radiation damage 360 Totale 3200

L’iniezione assiale ha consentito un aumento dell’intensità Incremento dell’intensità del fascio del Ciclotrone L’iniezione assiale ha consentito un aumento dell’intensità 1994 – Booster del Tandem 2000 – Stand alone Tuttavia la compattezza rende l’estrazione un processo critico: e 50% Separazione tra gli ultimi giri DR=R•(DE/E)•(1/nr2)•g/(g+1)

Incremento dell’intensità del fascio del Ciclotrone Setto: raffreddato direttamente Nuovo materiale del setto: W vs. Ta Spessore maggiore: 0.3 vs. 0.15 mm Efficienza di estrazione 63% vs. 50% 13C4+ @ 45 AMeV Pextr = 150 watt I=1020 enA= 1.5x1012 pps Il matching sorgente-ciclotrone può essere migliorato L’ottica di fascio lungo la linea di iniezione viene studiata secondo il metodo adottato da MSU, JYFL, KVI

Ciclotrone Superconduttore: affidabilità COMPONENTI CRITICHE Deflettore elettrostatico Elevato campo elettrico in ambiente con forti perturbazioni RF Componenti obsolete degli amplificatori da 100 kW Sorgenti ECR Sistema autonomo di liquefazione dell’elio per la sorgente s.c. Serse € 300.000 da premiale LNS Astrofisica Nucleare Nuovo sistema di controllo per la sorgente n.c. Caesar Impianto di liquefazione dell’elio Gennaio e Maggio 2013 Fermo del liquefattore di elio dovuto alla rottura di una turbina per impurezze nel circuito dell’elio. Manutenzione straordinaria e upgrade (revamping) per ripristinare il livello di affidabilità dei 20 anni precedenti Riparazione turbine, sostituzione del PLC, incluso il software Sostituzione di valvole, riduttori di pressione, elementi di tenuta, filtri, attuatori in ciascun modulo Inizio operazioni in Settembre 2013 Fine del revamping e re-start in Settembre 2014 → fermo 1.5 anni Costo € 600.000, di cui 155.000 dal premiale LNS Astrofisica Nucleare

Upgrade del Tandem con fondi progetto premiale LNS Astrofisica Nucleare Tubo n. 1 danneggiato : elevata pressione residua nella sezione di Low Energy a causa delle perdite di vuoto Ordinato a VIVIRAD, Francia, consegnato maggio 2014, € 200.000 July 9 2014 Sostituzione dal lato di Low Energy attraverso un sistema disegnato ad hoc per minimizzare gli stress meccanici Alternativa alla cinghia: Pelletron by NEC, USA Ordinato in Luglio 2013 Consegnato il 6 gennaio 2015, US$ 600.000 Installato il 19 Gennaio 2015 in 3 settimane

Utilizzo dei fasci del Tandem nel 2008 Tandem 3651 h 72% Nuclear Physics 22% Applications 6% Excyt

Production target new position Fasci radioattivi in-flight FRIBS@LNS Production target new position Sextupoles Production target old position

Fasci radioattivi sviluppati con FRIBS@LNS primary beam beam intensity (kHz/100W) 18O 55 AMeV 16C 120 setting 11Be 17C 12   13B 80 11Be 20 10Be 60 8Li 14B 3 setting 12Be 12Be 5 9Li 6 6He 13C 55 AMeV 50 12B 100 36Ar 42 AMeV 37K setting 34Ar 35Ar 70 36Ar 37Ar 25 33Cl 10 34Cl 35Cl 20Ne 35 AMeV 18Ne setting ne18 17F 21Na 70Zn 40 AMeV setting 68Ni 68Ni Fasci FRIBS@LNS in programma nel 2014-2015 16C (CHIMERA) 68Ni (CHIMERA) 8He (CHIMERA) nuovo 14Be (CHIMERA) nuovo 38S (MAGNEX) nuovo

Disponibilità fasci Ciclotrone Superconduttore (inclusi fasci FRIBS@LNS) Numero massimo di Beam Time Units (1 BTU = 8 ore) on target per anno (9 mesi di operazione): 400 BTU (=3200 h) 50% Setting Tempo macchina disponibile per anno: Protonterapia 5 sessioni - 85 BTU Privati (radiation damage) - 45 BTU Experimenti 270 BTU – 450 richiesti negli ultimi 2 anni Tandem Tempo macchina disponibile per anno: 450 BTU (=3600 h) Proposte discusse dal Program Advisory Committee una volta l’anno

Attività agli acceleratori LNS Experiment number spokesperson referee time req tand time req Cyc FRIBS ECR Cost CS BEAM(BTU) [runs] Rem Class attrib tand attrib CS attrib cost CS HADMAC C061a Ristic-Fira   11 12C (8) + p (3) [2 + 1 runs] 8 DOPET C090a Rosso 4 p (4) [2 runs] MESH C098a Rovelli 12 Au (12) (2 GeV OR 4 GeV) ReDoLib C126a Vinckier 12C (3) in 48 hours PRIMA C127a Bruzzi p (2) + p (2) [2 runs] DNA-BRAGG C130a Schettino 20 p (20) 15 PREDATE C139a Lo Presti p (2) + p (2) [2 runs] 2 IONMAPS C144a Spiriti 12C (3) + 4He (1) RADIOSTEM C145a Tabocchini 12C (6) + p (6) [2 + 2 runs] 6 MIMO-BRAG C146a Manti 16O (3) + 20Ne (3) [2 runs] PIRAMIDE T58a Busatto p (6) 84Kr (6) [2 runs] DIAPIX T98a Chiodini 5 p (5) ALPHA-MAGNEX C148-r Borello 25 4He(25) [2 reactions(21) + setup(3)] 7 DRIP-LINES C156a Agodi 30 18O (30) [reactions (27) + setup (3)] PIGMY C159 Cardella 42 68Ni from 70Zn (30) + 58Ni (6) + p (6) 36 ISOFAZIA C160 Le Neindre 78Kr (24) + 40Ar (1) FAZIASYM C161 Bonnet 26 40Ca (12) + 48Ca (12) [4 reactions (24) + calib. (2)] 18 AB-INITIO C162 Cappuzzello 4He (12) SIKO C163 Kokalova 16O (30) [reactions (18) + setup (3)+beam change 9] GREEN C164 De Napoli 52 40Ar (52) [2 runs: setup(12) + reactions(40)] OLICAN C165 Compagnini 3 p (3) TIR C166 Antoccia p (2) WP1-BioQuaRT C167 Palmans 13 12C 62 A.MeV (7 + 2) + 12C 80 A.MeV (4) MITRA C168 Colautti 12C (4) + 9Be (4) [2 runs] p energy can be lower ARDENT C169 Magistris 12C (8) + p (4) [> 2 runs] IRSIDIA C170 Nociforo 10 12C (10) LHCf-SiCal C171 Tricomi 13C+14N+16O+ 4He+20Ne (same energy) ELIMED-ESS C172 Cirrone p (12) [2 runs] NOT PRESENTED CMS-SENSOR C173 Tuvè RADBIOELIMED C174 Renis 16 p (16) [4 runs] CT-RECC Hagmann Xe (8) [reactions (6) + setup (2)] Attribuzione tempo macchina (PAC) Planning esperimenti Gennaio-Aprile Maggio-Luglio Ottobre-Dicembre

Organizzazione Divisione Acceleratori DIVISIONE ACCELERATORI LNS SERVIZIO Gestione e Manutenzione Tecnologie per gli acceleratori Produzione di fasci ionici Nuove tecniche di accelerazione Reparto Dispositivi meccanici Impianti e sist. elettromecc. Linee di fascio Criogenia Vuoto Radio frequenza Convertitori di potenza Elettr. Diagn. Automaz. Sistemi informatici Progettazione meccanica Fasci primari Fasci secondari 3 ricercatori (2 TD) 2 tecnologi (2 TD) 1 tecnico 3 tecnologi (1 TD) 36 tecnici (3 TD)

Divisione Acceleratori – Budget 2015 Sigla Servizio/Repart Consumo Inventariabile Manutenzioni Lic. soft Totale Gest man Serv.Gest e Man 15.000 30.000 Disp Mecc Disp. meccanici 25.000 5.000 35.000 Elettromeccanic ImpSistelettrom 20.000 10.000 Elettr Fasc Linee fascio Linee di fascio 45.000 Fasci ionici Serv.Prod. Fasci 40.000 122.000 3.000 200.000 Fasci Primari Fasci primari Fasci secondari Tecnologie Serv. Tecnologie 65.000 Radio Frequenza Radiofrequenza 80.000 Convertitori Conv. potenza Vuoto 16.000 46.000 28.000 90.000 Criogenia 295.000 29.000 38.000 355.000 Informatica Sist.informatici Progettazione Prog.meccanica 2.000 Contr Diagn Elettronica Elettr.diag.aut 1.050.000