Journ

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• Lopération de laccélérateur GENEPI-3C dans le
  programme GUINEVERE

Jean-Marie De Conto, LPSC (UJF-CNRS/IN2P3-INPG),
Grenoble au nom de

• E. Froidefond1, M. Baylac1, A. Billebaud1, P.
  Boge1, D. Bondoux1, J. Bouvier1, T. Cabanel1, S.
  Chabod1, G. Dargaud1, JM De Conto, M. Heusch1, A.
  Kochetkov2, E. Labussière1, F. Lecolley3, J.-L.
  Lecouey3, G. Lehaut3, N. Marie3, J. Mertens2, R.
  Micoud1, F. Van Gestel2, C. Van Grieken2, B. Van
  Houdt2, G. Vittiglio2.
• 1 LPSC, CNRS-IN2P3/UJF/INPG, Grenoble, France 2
  SCK?CEN, Mol, Belgium 3 LPC Caen, ENSI
  CAEN/Université de Caen, CNRS-IN2P3, Caen, France
  
•  

Journées Accélérateurs de Roscoff Octobre 2013
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GUINEVERE

• Couplage à puissance nulle
• un réacteur rapide VENUS-F
• une source GENEPI-3C
• GUINEVERE
• modification de VENUS en un réacteur
• rapide modéré au plomb
• ? VENUS-F par le SCKCEN (Mol, Belgium)
• construction dun accélérateur pour disposer
• dune source de neutrons pulsée ou continue
• ? GENEPI-3C par CNRS/IN2P3 (France)
• Monitorage dun réacteur sous-critique
• Mesure en ligne de la réactivité
• Mise en oeuvre dADS (sous-criticité, chargement
  du coeur, démarrage et shutdown)
• ? Collaboration européenne IN2P3, CEA, SCKCEN
  and EC

? Generator of Uninterrupted Intense NEutrons at
the lead VEnus REactor (GUINEVERE)
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GENEPI-3C specifications

• GEnerateur de NEutrons Pulsé Intense
• Accélérateur électrostatique de deutons (240
  keV)
• Neutron (14 MeV) via T(d,n)4He
• Deux modes
• Intense pulsé
• 40 mA courant pic
• FWHM lt 1 µs
• répétition 10-5000 Hz
• Continu
• lt1mA (240 W sur cible)
• micro-interruptions à transition rapide
• programmables
• Conception et réalisation CNRS/IN2P3
• LPSC Grenoble, LPC Caen, IPHC/DRS Strasbourg
  IPN Orsay

DC interrupted mode
Mean current 160 µA to 1 mA
Beam trip rate 0.1 to 100 Hz
Beam trip duration 50 µs to 10 ms
Transition edge 1 µs
Beam spot size F 20-40 mm
Maximum n rate 5?1010 n/s
NB Le CEA intervient pour le réacteur
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Dates clés

• Financement, lancement Dec 2006
• Design 2007-mi 2008
• Construction and assembly, commisionning at
  LPSC 2008-2009
• transfert à SCK-CEN and remontage Sep
  09-Mars 10
• Machine commissioning mode stand-alone mode
  _at_SCK-CEN Mar-Sep 2010
• ? Délais dautorisation de sûreté
• commissioning du réacteur en mode critique
• Autorisation de couplage Roscoff 2011
• Couplage Oct 2011
• Commissioning Oct 11-Ma2012
• Faisceau pulsé, continu, interrompu
• En opération depuis 1.5 ans

mode pulsé 1.15 x 106 n par pulse pour f10-5000
Hz DC mode 108 n.s-1.µA-1 pourI 0.1 - 1 mA
CIBLE NEUVE
2011
2006
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Structure
Dipole refroidi Mobile pour accéder à la ligne V
source pulsée/DC (duoplasmatron)
blindage
Guidage (Qpôles électrostatiques)
7 m
Ligne verticale mobile Insertion de la cible
Cible Refroidie à lair
6
Cible Tritium
7
Neutron source monitoring

• Télescope à neutrons de recul en face de la cible
  monitoring direct des neutrons de 14 MeV
  (SINGE)
• conversion en protons via la réaction (n,p) sur
  fenêtre hydrogénée
• 3 detectors Si? protons rapides stoppés dans 3rd
  detector
• Au sommet de laimant, 7 m de la cible
• triple coincidence pour discriminer (en énergie)
  des neutrons de fissions

• Détecteur face à la cible monitoring absolu
  alphaprotons (API/PI)
• Semiconducteur Si, angle solide contrôlé
• Detection des alpha ou protons rétrogrades de la
  cibleT(d,n)4He
• Monitoring direct (efficacité géometrique, angle
  solide)

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Montage _at_ SCK-CEN

• 2009
• Sep Réassemblage à Mol (début)
• 2010
• Feb Terminé!

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Insertion de la ligne verticale (vue de haut)
10
Insertion dans le coeur (en bas)
Cœur non chargé
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Ligne insérée, coeur chargé
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1er couplage October 12, 2011 gtRoscoff 2011

• 1400 Machine et réacteur prêts
• 1502 faisceau_at_40 Hz, puis ramp up à 200 Hz
• 1510 remontée des barres
• Barres de sécurité individuelles (from 1 to 6)
  25 min
• Barres de contrôle (x2) simultanément au bon
  niveau 5 min
• 1535 Premier couplage GENEPI3C VENUS-F
• Montée en cadence de 400, 500 and 1000 Hz (15
  min)
• ? Mesure de la puissance réacteur piloté par le
  faisceau
• Ajustement de lacquisition de données

Reactor accelerator state indicator
Neutron production during safety bars lift up
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Opération couplée Avril 2012

• Couplage en mode pulsé
• valeurs typiques Itarget 20 mA pic, cadence
  200 Hz
• Fonctionnement en routine, machine stable,
  presque aucun claquage

Beam
Source
Command-control digital oscope
Analog oscope
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Caractéristiques du mode pulsé

• Analyse préliminaire sur quelques jours
• Courant pic
• I pic 20-25 mA
• au lieu des 40 mA visés
• du au trou dextraction réduit pour le mode DC
• pas un problème pour le programme de physique
• Largeur dimpulsion
• Tpulse 550 ns (FWHM)
• s(Tpulse)/ Tpulse lt 1
• cadence dimpulsion
• s(f)/f lt 10-5

FWHM 550 ns
Specifications machine atteintes
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Fonctionnement couplé en continu

• Mode standard, purement continu, avec quelques
  centaines de µA, sans problèmes
• Mode DC interrompu plus délicat
• Système dinterruptions mis définitivement au
  point au SCK-CEN
• Besoin dajuster la source très finement
• Problèmes de décharges diverses
• ? Découvertes des problèmes opératoires sur le
  terrain et pendant la prise de données

Beam ON
Beam OFF
Analog oscope
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Caractéristiques du mode continu interrompu

• Valeurs typiques
• Itarget 200-400 µA
• durée 300 µs et cadence 200 Hz ? TOFF/TON
  ratio 6
• Cadence ajustable, mais pas toujours dans la
  gamme requise
• centaines de µA cadence stable pourTOFF/TON
  entre 90 et 6
• instable à bas courant

Beam interruption from the control-command
oscilloscope
I (µA)
I (µA)
Machine specifications TON/OFF 1 µs
Les bons jours prodution de 5 C, soit 7.5
heures de faisceau
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Stabilité du courant

• Décroissance sur une journée
• indépendant du mode
• existe sur GENEPI-2 au LPSC (pulsé uniquement)
• dérive thermique probable
• Pas de feedback sur le courant source
• mais implémentable si besoin

March 28
Après-midi stable
journée
? En cours de réflexion
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Difficultés rencontrées

• Source dégradation du filament ou destruction
  doublage Tantale
• 1 semaine pour remplacer le filament
• échange standard de source si doublage pulvérisé
• changement préventif de source (2 fois par an)
• Traitement thermique du Tantale à létude
• Claquages
• assez nombreux, intérieurs et extérieurs
• souvent sans incidence sur la délivrance du
  faisceau
• si perte totale de faisceau, la remontée de
  courant trop rapide
• Déclenche la sécurité réacteur (SCRAM, chute de
  barres)
• Améliorations CEM dans la tête HT
• électronique source durcie
• Air chaud et humide problème important et non
  traité
• Jusquà 70 humidité, 28 C
• Séchageclimatisation difficiles

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Retour dexpérience

• faisceau pulsé opération stable et robuste
• Le démarrage ou la récupération du faisceau se
  fait par en rampe douce en fréquence
• (temps de montée fonction du temps de doublement
  du réacteur)
• Très peu de claquages
• ? peu de SCRAM

• DC or DC interrompu Plus délicat
• instabilités sources
• Allumage irrégulier du plasma? pas de SCRAM
• La plupart des claquages sont sans conséquence
  MAIS certains arcs extérieurs importants provoque
  un SCRAM
• chute des barres
• procédure à reprendre à zéro
• 30 minutes de délai (pour 8 heures/jour maxi)
• ? quelques SCRAMs

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Retour dexpérience - 2

• Un an dexpérience
• Bons et mauvais jours (problèmes dhumidité et de
  température élevées)
• Beaucoup daméliorations CEM
• A améliorer de manière évidente, mais cela
  nempêche pas la prise de données de physique

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Des difficultés, mais de bons résultats de
physiqueex exposé de N Marie àTCADS
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En résumé

• 1.5 an dexpérience dun ADS basse puissance
• De nombreux résultats de physique
• 3 talks à TCADS A. Kochetkov, N. Marie and S.
  Chabod
• Des améliorations à apporter (intensité,
  stabilité du courant), mais spécifications
  largement atteintes
• Objectif actuel Améliorer la fiabilité et
  analyser le MTBF et le MTTR
• Problèmes de claquage dune machine
  électrostatique en milieu humide
• Source adaptée au courant pulsé, pas au courant
  continu (duoplasmatron
• Pas le problème de MYRRHA, aucune extrapolation
  possible
• Expérience acquise du point de vue opération du
  couplage
• Expérience dune opération entre deux cultures
  professionnelles différentes

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Merci pour votre attention
This work is partially supported by the 6th and
7th Framework Programs of the European
Commission (EURATOM) through the EUROTRANS-IP
contract FI6W-CT-2005-516520 and FREYA
contract 29665, MAX contract 269565 and the
French PACEN program of CNRS