RFQ sviluppati a LNL

1
RFQ sviluppatia LNL
PIAVE SRFQ2 superconducting in 2000
TRASCO RFQ first construction tests
INFN Radio Frequency Quadrupole for CERN Lead Ion
Linac (Delivered by LNL in 1994)
2
Quadrupolo elettrico a radiofrequenza
3
(No Transcript)
4
(No Transcript)
5
Quadrupolo magnetico
6
(No Transcript)
7
RFQ design
x (cm)
y (cm)
DF (deg)
DW (MeV)
(5 MeV, 30 mA)
Cell
8
TE mode
Bz
9
TandemALPI and the HI-Injector
SC Booster ALPI
Upgraded
Positive Ion Injector PIAVE
Close to be ready
Reliable
XTU-Tandem
10
ALPI e PIAVE
ALPI _at_LNL
11
ALPI layout
Higher Energy Section b 13, Nb/Cu, 160 MHz
Medium Energy Section b 11, Pb/Cu-Nb/Cu, 160 MHz
CR12 CR13 CR14 CR15CR16 CR17 CR18 CR19 CR20
B4
EXP. HALL 3
COLD BOX
B3
CR10 CR9 CR8 CR7 CR6 CR5 CR4 CR3
B2
Lower Energy Section b 5.5, full Nb, 80 MHz
PIAVE
ECR
XTU TANDEM
EXPERIMENTAL HALLS 1, 2
12
Lower Energy Section b4.7 and 5.5,full Nb, 80
MHz
beam
beam
PIAVE 80 MHz, b0.047 QWR

• 12 accelerating cavities in the beam line -
  average Ea (_at_7W) 7MV/m
• 3 cryostats cooled down at 4.5 K

13
Medium Energy Section b11, Pb/Cu Nb/Cu, 160
MHz

• 44 accelerating cavities installed in
  1992-1993 best average Ea at 7W
• 2.7 MV/m
• 28 demounted up to now average Ea before
  demounting
• 2.3 MV/m
• After sputtering
• average Ea at 7W gt4 MV/m

14
Chemical Lab

• Resonator processing was made easier after the
  new chemical laboratory start-up in 1998

15
Niobium Sputtering
Cathode Nb tube
Cu base

• Good vacuum
• No discharges
• High substrate temperature

16
Linac cryostat assembling
17
(No Transcript)
18
The HI Injector PIAVE
19
Why PIAVE?

• MORE CURRENT
• HEAVIER MASSES
• MORE BEAM TIME AVAILABLE (TWO INECTORS)

20
PIAVE Injector Layout
ECRIS
CRYO-PLANT
SRFQs
to ALPI
LEBT
QWRs
CRYOSTAT
21
Transverse Emittance measurement _at_ RFQ input
Bunch length 500 ps (Goal 600 ps) Transmission
93
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
Two SC-RFQs in a cryostat
SRFQ2
SRFQ1
beam line
1.38 m
0.74 m
26
The Superconducting RFQs
0.8 m
SRFQ2
Beam and RF Parameters
27
SRFQ1 77 K f-tests prior to Chemical Polishing
now under test
28
Fattore tempo di transito per un numero crescente
di gap sottili (2,3,4,5,6)
b/b0
29
Il progetto SPES BNCTAndrea PisentINFN-Laborator
i nazionali di Legnaro
LNL-INFN(REP) 145/99

• SPES (study and production of exotic species)
• Il progetto (utenza in fisica fondamentale,
  applicata ed interdisciplinare)
• Il programma di ricerca sulla BNCT (Boron Neutron
  Capture Therapy)
• Quella di Legnaro potrebbe essere la prima
  facility al mondo, basata su acceleratore, per la
  terapia il trattamento BNCT del melanoma cutaneo

30
Applicazioni degli acceleratori ad alta intensità
Produzione RIBs
Trasmutazione delle scorie radioattive
Produzione di muoni (n factory)
Terapia oncologica BNCT
.
31

• klt1 reattore sottocritico (intrinsecamente
  sicuro)
• La reazione viene mantenuta dai nutroni prodotti
  dallacceleratore di protoni
• Possono essere così processate le barre esauste
  del combustibile di reattori convenzionali

32
Schema di funzionamento di un inceneritore di
scorie
(Schema simile allEnergy Amplifier del prof. C.
Rubbia)
TRIPSRFQ
Scopo produrre energia elettrica utilizzando un
reattore sub-critico bruciando scorie
radioattive
33
The Isotope Separator On-Line (ISOL)
method Strategico per INFN Excyt a LNS e SPES a
LNS
Integrated target and ion source
Target and ion-source techniques developed for
beams of 600 nuclei
Accecceleration to 60kV
Driver beams Protons, Heavy ions
Electromagnetic mass separation
Singly charged, mono isotopic beams at 60 kV
34
SPES
Target area
BNCT
Driver linac
Exp. Halls
ALPI
(d)
35
Fragments produced by each 100 MeV proton (in 4
kg of Ucx)
Z
N
36
Fragments produced by each 100 MeV proton (in 4
kg of Ucx)
Z
N
37
Finanziamento della nuova facility

• Tenendo conto
• delle risorse disponibili nei prossimi anni per
  lo sviluppo nel campo dei fasci radioattivi,
• e traendo vantaggio dallintegrazione in corso
  fra i programmi scientifici dei principali
  laboratori europei di fisica nucleare,
• è stata lanciata la realizzazione in cinque anni
  di una facility più limitata, denominata SPES
  Fase Iniziale, in grado di essere
• un primo significativo passo nella direzione di
  SPES e dellalta intensità, ed al tempo stesso
• in grado di servire una comunità di utenti per
  quanto riguarda la fisica interdisciplinare e le
  applicazioni mediche.
• Linvestimento totale è di circa 18.7M su 5
  anni

38

• SPES fase iniziale comprende
• 1. La costruzione e listallazione di un
  iniettore di 5 MeV ad alta intensità di protoni,
  basato sulla struttura RFQ sviluppata nellambito
  del programma TRASCO.
• 2. Lo sviluppo e la realizzazione di una facility
  necessaria per la generazione, a partire da un
  fascio di protoni di 5 MeV, del flusso di
  neutroni termici necessario per la
  sperimentazione interdisciplinare e per i test
  legati alla BNCT (Boron Neutron Capture Therapy)
• 3. Lo sviluppo e la realizzazione di un linac
  superconduttore per protoni, con unenergia
  finale di 20 MeV ed una intensità massima di 10
  mA.
• 4. La prosecuzione dellattività di ricerca a
  sviluppo per i bersagli di produzione di fasci
  radioattivi.

TRASCO RFQ
39

• SPES fase iniziale comprende
• 1. La costruzione e listallazione di un
  iniettore di 5 MeV ad alta intensità di protoni,
  basato sulla struttura RFQ sviluppata nellambito
  del programma TRASCO.
• 2. Lo sviluppo e la realizzazione di una facility
  necessaria per la generazione, a partire da un
  fascio di protoni di 5 MeV, del flusso di
  neutroni termici necessario per la
  sperimentazione interdisciplinare e per i test
  legati alla BNCT (Boron Neutron Capture Therapy)
• 3. Lo sviluppo e la realizzazione di un linac
  superconduttore per protoni, con unenergia
  finale di 20 MeV ed una intensità massima di 10
  mA.
• 4. La prosecuzione dellattività di ricerca a
  sviluppo per i bersagli di produzione di fasci
  radioattivi.

TRASCO RFQ
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BNCT per il trattamento del melanoma cutaneo

• Intorno al progetto SPES si è raccolto un gruppo
  interdisciplinare di ricerca, formato da medici,
  biologi, fisici, ingegneri nucleari.
• Appartenenti a differenti istituzioni (Istituto
  Oncologico Veneto, Padova Univ. , Politecnico di
  Milano, Molteni pharmaceutics, ENEA, INFN)
• Con lo scopo comune di realizzare un programma di
  ricerca nel campo della radioterapia avenzata,
  fino allapplicazione clinica,
• Il primo argomento affrontato sarà il trattamento
  del melanoma cutaneo con il metodo della BNCT
  usando il fascio di SPES.
• Gli ingredienti principali sono tre
• Preparazione del fascio di neutroni
• La molecola (veicolatore del Boro)
• La microdosimetria

41
Neutron converter and moderator 1st stage
Target unit with D2O I moderator step tank
Target unit cooling system exploded view
Efremov Institute-San Pietroburgo (Russia)
42
The Boron-Phtalocyanine the new boron carrier
10B cluster
10B cluster
10B cluster
10B cluster
Molteni Farmaceutica (Firenze) and Padova
University Biological department
43
Tissue-equivalent gas proportional counter (TEPC)
TEST at TAPIRO reactor
44
Total doses
Absorbed- and biological-dose rates with and
without 10B
45
TRIPS (TRASCO source developed at LNS)
46
TRIPS TRASCO p source (off res. RF)developed at
LNS (Catania)in collaboration with SaclayRF off
resonance, 30 mA, 80 kV
Emittance measurements last week in Catania with
CEA EMU and with the participation of R. Gobin
47
TRASCO-SPES 5 MeV 30 mA CW RFQ
352 MHz 7.2 meters long 800 kW RF power (1 Kly) 8
Couplers 4500 Liter/min water cooling 33 MV/m
Surface field
48
RFQ Test Model
Tuner Site
Coupler Flange
coupler
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
TRASCO RFQ first and second module
53
First module after second brazing process
54
RF measurementson first module
S12 parameter before (RED) and After second
brazing (BLUE) versus frequency
Q about 7000 for the open structure
55
The second RFQ module
56
MEBT DESIGN
ISCL

• Two Current range
• 1-10 mA 30-35 mA
• Normal Conducting
• B lt 0.8Tesla
• Two 3-gap Bunchers

RFQ

• Straight direction to ISCL
• 90 Bend to BNCT

BNCT
57
SPES BNCT (boron neutron capture therapy)
TRASCO RFQ
58
Therapeutic n beam requirements
Developed with the Efremov institute of St
Pietersburg (Russia)
59
BNCT target geometry
60
33 mA beam transport up to the target
Parabolic beam distribution
61
352 MHz solid state RF amplifiers
2.5 kW prototype
330 W basic unit
62
Superconducting cavities under developement(352
MHz)
63
5 mA superconducting linac (SPES-EURISOL)
64
HALODYN
Ibeam5 mA
2 107 macroparticles, mesh 643
65
A. Facco - SPES meeting LNL 11-3-2003
Superconducting Reentrant cavity

• Developed for high intensity beams
• 352 MHz, single gap, aperture 30 mm
• Wide velocity acceptance5?100 A MeV

• Successfully tested at 4.2K
• Free from high field multipacting
• Ea 7.5 MV/m _at_7W

66
4-GAP SC LADDER RESONATOR (352 MHz,
b00.12) V.Andreev, G.Bisoffi, A. Pisent,
E.Bissiato, M. Comunian, E. Fagotti T.Shirai,
Phys Rev ST
67
HWR construction