Le attività sui magneti superconduttori per acceleratori

Presentazione sul tema: "Le attività sui magneti superconduttori per acceleratori"— Transcript della presentazione:

1 Le attività sui magneti superconduttori per acceleratori
Ci sono (e ci saranno per il 2018) quattro attività con una propria sigla INFN: ProMoD2 in CSN5 P-Mu2e in CSN1 EuroCirCol ( H2020 senza supporto in CSN INFN) AMICI (H2020 senza supporto in CSN INFN)

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4 ProMoD2 Prototipo e Modello per i dipoli, detti D2, per la Separazione/Ricombinazione dei fasci di HL-LHC Le attività di sviluppo dei nuovi dipoli di ricombinazione e separazione di LHC sono incorso già da tre anni. Recentemente è stato firmato un accordo tra CERN e INFN per la costruzione di un modello corto e di un prototipo full scale. Il nuovo accordo è all’interno di un più generale “FRAMEWORK COLLABORATION AGREEMENT” ed è finalizato alla “Collaboration in design and prototyping of the superconducting D2 magnets prior to series construction in the framework of the High Luminosity upgrade for the LHC at CERN”.

5 Agreement (KE3084/TR/HL-LHC-
Addendum N1 to Framework agreement KN3083) OK ProMoD2

6 Il dipolo D2 progettato da INFN-Ge
Aluminum alloy sleeve T6 or 7075-T6 made of short elements mm. At room temperature the gap with collared coils is 0.2 mm Collars made of austenitic steel. The nose allows future coil modifications without changing the main collar structure Iron yoke Asymmetric specular coils Longitudinal tie rods Clamps and welded stiffening bars ProMoD2

7 Gara e contratto per la costruzione del modello ad ASG Superconductors
Il modello lungo 1.6 m serve a verificare che siamo effettivamente in grado di controllare la qualità di campo La gara di costruzione partita il 31 Marzo 2016 si è conclusa con il contratto ad ASG Superconductors il 28 Nov ( M€ 1.175) La consegna prevista per fine febbraio 2018 sta slittando a maggio 2018 Il follow-up delle attività ASG e la necessità di supportare la progettazione esecutiva costituisce un grosso impegno. Contemporaneamente si sta effettuando la progettazione del prototipo (8 m). ProMoD2

8 Main Characteristics of D2 and short model
Parameter Unit Value Bore field T 4.5 Peak field 5.25 Current kA 12.250 Temperature K 1.9 Load line margin (%) 35 Overall current density A/mm2 443 Stored energy per unit length MJ 0.28 Differential inductance per unit length mH 3.5 Magnetic length magnet/short model m 7.78/1.39 Superconductor Nb-Ti Strand diameter mm 0.825 Cu/No Cu 1.95 RRR >150 Superconductor current density at 10 T, 1.9 K 2100 Number of strands per cable 36 Cable bare width 15.1 Cable bare mid thickness 1.480 Keystone angle degrees 0.90 Insulation thickness per side radial 0.160 Insulation thickness per side azimuthal 0.145 Multipole variation due to iron saturation Units in 10-4 <10 ProMoD2

9 ProMoD2

10 Componenti critici L’integrazione delle bobine collarate negli anelli di alluminio è un’operazione critica che è stata provata attraverso la costruzione di un mock-up, che ha convinto il CERN della bontà della nostra idea. ProMoD2

11 Gli spaziatori di testa da noi progettati sono stati preliminarmente costruiti con la stampante 3D per poter effettuare prove di avvolgimento in ASG ProMoD2

12 Pressa per misura modulo di elasticità delle bobine, modificata in sezione a partire da una esistente. Attrezzatura fondamentale per determinare la bontà di una bobina.

13 Cosa deve fare INFN Genova (luglio 2017- fine 2018)
1) Follow-up del contratto industriale per la costruzione del modello corto in stretta collaborazione con il CERN (conclusione maggio 2018) 3) Completamento della progettazione del prototipo in accordo con le specifiche tecniche HL-LHC (Fine 2017) . 4) Organizzazione della gara per il contratto di costruzione industriale del prototipo. ( Inizio contratto: maggio 2018) 5) Follow-up del contratto industriale per la costruzione del prototipo in stretta collaborazione con il CERN e compatibilmente con piano QA di HL-LHC (tutto 2018 e quasi tutto 2019) . Forte impegno di progettazione meccanica nei primi sei mesi di contratto. ProMoD2

14 Servizio di progettazione meccanica 2 m.u.
Anagrafica per il 2018 P.Fabbricatore (Dir. Tecnologo) 60% S.Farinon (I Tecnologo) 30% R. Cereseto (CTER IV livello) 50% Andrea Bersani (Tecnologo TD) % Barbara Caiffi (Tecnologo TD) % Alessando M- Ricci % Sergio Burioli (CTER) % Servizi- L’officina verrà coinvolta per la costruzione di componenti specifici (dime, flangia per connettori di misura, ..) m.u Servizio di progettazione meccanica 2 m.u. (Stampante 3D, Misure meccaniche) ProMoD2

15 P-Mu2e Attività della Sezione di Genova sul magnete
Le attività di Genova su Mu2e si stanno svolgendo su due linee: 1) Supporto a Fermilab nella costruzione dei moduli del Transfer Solenoid (TS) 2) Caratterizzazione dei cavi superconduttori 1) Costruzione moduli Il contratto di costruzione dei 27 moduli prevede che ASG Superconductors consegni l’ultima unità a Maggio 2018 (ci sono circa 2 mesi di ritardo rispetto al planning originale). Attualmente sono state avvolte 31 coils (su 52) di cui 30 impregnate e una ventina pronte per essere integrate nella struttura meccanica (dopo tornitura del diametro esterno).

16 Analisi meccaniche INFN Genova, con A.Bersani, ha effettuato tutta una serie di analisi meccaniche di supporto alla costruzione. Ovvero alcuni parametri come l’interferenza meccanica tra bobine e struttura meccanica viene valutata di volta in volta in base alle dimensioni geometriche reali delle bobine. Oppure, l’eventuale presenza di un gap tra bobina e flangia inferiore viene studiata in relazione a possibili disturbi termo-meccanici

17 Misure di corrente critica ed altre caratterizzazioni
Esiste un accordo con Fermilab per la caratterizzazione di 42 campioni di cavo di tutti e tre i solenoidi di Mu2e . Fermilab paga 159 k€. Ad oggi sono stati caratterizzati 43 cavi di TS,DS e PS facendo sia misure di corrente critica che di resistenza di giunzione. E’ risultato impossibile la misura del PS (che porta una corrente di 75 kA a B= 5 T e T=4.22K). Le nostre misure hanno evidenziato dei quench prematuri a campi superiori a 4T, che però non sono stato riscontrati in una misura dedicata effettuata a Fermilab (hanno impiegato 9 mesi per mettere su un sistema di misura) . Attualmente si è deciso che effettueremo più misure su cavi TS, testando in particolare la resistenza di giunzione (verifichiamo in pratica che la metodologia di ASG Superconductors per le giunzioni sia valida)

18 Mu2e Genova 2018 1) La caratterizzazione dei cavi superconduttori si chiude nel Non è esclusa qualche misura (2-3) nel 2018 per esigenze contingenti. Follow-up delle attività di costruzione del TS presso ASG. Questa attività continuerà nel 2018 Anagrafica P.Fabbricatore 10% R.Musenich 20% A.Bersani % S.Burioli 20% S.Curreli (dott.) % Richieste a CSN1 Missioni k€ Consumo k€ Non ci sono richieste ai servizi

19 H2020 -EuroCirCol Futuri possibili : HE-LHC o FCC. Prevedono l’uso di Nb3Sn ed eventualmente HTs

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21 E’ già stato valutato uno sviluppo che include 1 polo dummy
Attività 2018 Ci sono allo studio tre configurazioni differenti a cui lavorano INFN, CEA e Ciemat. La configurazione su cui lavora INFN è quella Cos-theta. E’ altamente probabile che queste attività confluiscano a breve in un accordo CERN-INFN per la costruzione di un modello corto in 4 anni. E’ già stato valutato uno sviluppo che include 1 polo dummy 2 poli practice coils 3 poli finali 2 assemblaggi (practice + finale) Sezioni INFN coinvolte sono Genova e Milano. Costo complessivo 5.8 M€

22 EuroCirCol 2018 1) Completamento progetto dipolo 16T
2) Progetto dettagliato modello corto (presumibile) Anagrafica S.Farinon 30% (Resp.) P.Fabbricatore 15% A.M.Ricci ( Dott.) 80% B.Caiffi 20% AdR 100% Allo stato attuale non ci sono richieste ai servizi. Ci potrebbero però essere in relazione ai possibili sviluppi del modello corto

23 H2020 – AMICI Scopo: Elaborare un modello di instrastuttura tecnologica europea integrata nel campo degli acceleratori e dei magneti superconduttori. Questo modello deve da un lato definire i rapporti di cooperazione tra le infrastrutture tecnologiche che saranno considerate eligibili e dall’altro proporre le modalità di interazione con le industrie del settore. Coordinato da CEA. Include: CERN, DESY, PSI, KIT, IFJ-PAN, Uppsala, STFC e INFN. Durata 30 mesi a partire da Gennaio 2017 Il budget complessivo è di 2.3 M€ (INFN circa 250 k€) . AMICI (Accelerator and Magnet Infrastructure for Cooperation and Innovation) INFN è presente con LNF, LNL, LNS, Milano-LASA, Padova e Napoli con il coordinamento di INFN-Genova, che è anche responsabile di uno dei 5 WP.