Stato dell’acceleratore TOP-IMPLART C. Ronsivalle ,L. Picardi, F. Ambrosini*, A. Ampollini, G. Bazzano,A. Fastelli, F. Marracino, P. Nenzi, C. Snels, V. Surrenti,M. Vadrucci *dottorando Univ. La Sapienza Workshop TOP–IMPLART ENEA Frascati 25 febbraio 2015

ACCELERATORE: LAYOUT ATTUALE iniettore

Sezione media energia (7-35 MeV) Il raggiungimento della prima milestone (a giugno 2015) richiede la realizzazione e messa in opera di almeno 3 (fino a 27 MeV) delle 4 strutture SCDTL che compongono il segmento di media energia.

Caratteristiche SCDTL-1 Numero di tanks acceleranti 9 Lunghezza 1.1 m Raggio del foro di passaggio dei protoni 2 mm Potenza in ingresso 1.3 MW Energia iniziale 7 MeV Energia finale 11.6 MeV PMQ tank PMQ smontabili interno tank

Commissioning SCDTL-1: trasporto senza accelerazione (no RF) Spot del fascio di protoni all’uscita di SCDTL-1 10 mm Inviluppo orizzontale Q1 Q2 Q3 Q4 Inviluppo verticale

Commissioning SCDTL-1: trasporto senza accelerazione (no RF) 12 mV/200 ohm=60 µA Arc voltage Exit Proton Current RFQ field DTL field 10 mm

Commissioning SCDTL-1:RF on,beam off Arc voltage RFQ field Secondary Electron Current DTL field 10 mm

Valutazione della energia degli elettroni secondari Energia elettroni vs z in T9 210 keV CALCOLO DELLA ENERGIA ACQUISITA DA ELETTRONI SECONDARI NELL’ULTIMA TANK DI SCDTL-1 230 µm di Al bloccano gli elettroni secondari 10 mm RANGE VS energia degli elettroni in Alluminio

Calcolo della dinamica del fascio di protoni in SCDTL-1 Protoni effettivamente accelerati 42% del fascio in uscita Energia media: 11.63 MeV Energia max ~11.8 MeV Corrente totale (con accelerazione)/corrente (senza accelerazione)=44% Con 60 µA senza accelerazione Valore atteso della corrente con accelerazione nel picco attorno a 11.6 MeV: 11 µA

Commissioning SCDTL-1:corrente accelerata

Commissioning SCDTL-1:corrente accelerata Arc voltage RFQ field Exit proton curren after 710 µm di Al DTL field 2 mV/200 ohm=10 µA

Commissioning SCDTL-1:misura di energia DETERMINAZIONE DELL’ENERGIA TRAMITE MISURA DEL RANGE IN ALLUMINIO Segnali proporzionali alla carica raccolta per 3 diversi valori dello spessore di alluminio 10 mm Le misure impiegano spessori calibrati di alluminio acquistati alla LEBOW Company dalle seguenti caratteristiche intermini di spessore (valori nominali e purezza): 500 µm (purity 99.95%), 100 µm (purity 99.95%),30 µm (purity 99.95%), 7 µm (purity 99 %), 4 µm (purity 99 %)

Operatività SCDTL-1:RF on,beam on MISURA DELLA CARICA TRASMESSA (con 230 µm di Al interposti) 700 mV durata 50 µsec Traccia verde = segnale integrato proporzionale alla carica Carica impulso lungo/carica impulso corto=700/280=2.5 durata 20 µsec 10 mm 280 mV

Operatività SCDTL-1:RF on,beam on ESEMPIO: IRRAGGIAMENTO CRISTALLI E FILM LiF (11 - 02 -2015) CON 230 µm Al Qtot=Carica totale che investe il campione Qacc=Porzione di carica di protoni accelerati 10 mm Qacc/Qtot=20/280~7%

SCDTL-1: TRASMISSIONE FASCIO RF off 12 mV/200 ohm=60 µA SCDTL exit RF on 2 mV/200 ohm=10 µA Q=40 pC Np=2.5· 108 710 um Al RF off: Trasmissione misurata=40%, Trasmissione attesa=80% RF on: Trasmissione misurata=7%,Trasmissione attesa= 15% 30 mV/200 ohm=150 µA

SCDTL-1: PROSSIMI TEST Questa zona verrà modificata per inserire un diaframma su cui leggere le perdite e un lettore di corrente non intercettivo ma Inviluppo calcolato Situazione attuale

SCDTL-1: PROSSIMI TEST Diaframma 10 mm diametro Soffietto Toro lettura corrente Linea modificata

ALTRI MODULI: SCDTL-2 Presso Officina meccanica TSC (Fiumicino) MODULO SCDTL-2 da 11.6 a 18 MeV Presso Officina meccanica TSC (Fiumicino) 2997.5 MHz Misura della distribuzione delle frequenze dei modi risonanti

ALTRI MODULI: SCDTL-2 MODULO SCDTL-2 da 11.6 a 18 MeV: test di sintonia su banco RF Curva di dispersione misurata Curva di dispersione calcolata Riscontro con modellizzazione 3D (Codice numerico CSTMWS2014)

ALTRI MODULI: SCDTL-3 MODULO SCDTL-3 da 18 a 27 MeV Stato: Presso CECOM realizzati i corpi esterni delle tanks In lavorazione stem interni

ALTRI MODULI: SCDTL-4 Stato: MODULO SCDTL-4 da 27 a 35 MeV Stato: in avvio gara relativa alla fornitura della struttura predisposta documentazione tecnica e amministrativa

IMPIANTO RF Nei test attuali di accelerazione utilizzato Klystron TH2090 (max 15 MW) con modulatore a linea formatrice Reflected Power Cavty Field in SCDTL In gennaio ci è stato consegnato il Klystron THALES TH2157A (max 10 MW). In corso di predisposizione la documentazione per avvio gara per realizzazione modulatore In corso misure sull’impianto esistente per verificarne la stabilità

Distribuzione di potenza RF tra i moduli ORDINATI E IN ARRIVO IL DIVISORE DI POTENZA E IL PHASE TRIMMER Variabilità ampiezza potenza -0.1 dB -30 dB SCHEMA DI PRINCIPIO Realizzato su disegno ENEA divisore di potenza presso TSC finalizzato a un sistema più compatto e “home made”

 PREVISIONI A BREVE TERMINE (fine aprile?): OPERATIVITA’ DELLA STRUTTURA SCDTL-2 

DINAMICA IN SCDTL-2:11.6-18 MeV PROPAGAZIONE CON SCDTL-1 ON E SCDTL-2 OFF 95% del fascio Spot dei protoni in uscita

DINAMICA IN SCDTL-2:11.6-18 MeV Elettroni secondari da ultima tank di SCDTL-2 271 keV 370 µm di Alluminio sono necessari per assorbirli

DINAMICA IN SCDTL-2:11.6-18 MeV 91% del fascio con energia >17.5 MeV Spettro in energia dei protoni in uscita Spot dei protoni in uscita

Pubblicazioni e contributi a congressi 2015 IPAC2015 (International Particle Accelerator Conference) (3-8 Maggio,Richmond,VA,USA): 4 contributi: 2 su sviluppo acceleratore e 2 su irraggiamenti pilota con fascio a bassa energia FOTONICA 2015 (6-8 Maggio,Torino) : contributo su misure sui LiF con fascio a bassa energia ICRR2015 (International Conference of Radiation Research) (15-29 Maggio,Kyoto): contributo su esperimenti di radiobiologia con il fascio verticale 2 articoli sottomessi per pubblicazione su rivista: “Calibration at low doses of gafchromic EBT3 with low energy beams 60Co  rays and 5MeV protons” “First acceleration of a proton beam by a Side Coupled Drift Tube Linac structure”