the linear accelerator lue -200. status and prospects

1

THE LINEAR ACCELERATOR LUE-200. STATUS AND PROSPECTS.

Andrianov V.R., Bulicheva Yu.K., Frolov D.P., Golubkov E.A., Kayukov А.S., Kobets V.V., Meshkov I.N., Minashkin V.F., Pyataev V.G., Skripnik А.V.,

Sumbaev А.P., Shabratov V.G., Shvets V.А., Shvetsov V.N., Udovitshenko K.V., Zamriy V.N.

Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscow region

IX International Workshop on Accelerator Physics and Technics Devoted to the memory of V.P. Sarantsev

Alushta (Crimea, Ukraine), September 17 - 21, 2011

2

SHEME OF THE IREN FACILITY



3

GENERAL PROJECT PARAMETERS OF THE ACCELERATOR LUE-200

Electron energy, MeV 200 MeV

Pulsed electron current amplitude 1.5 А

Pulse duration 250 ns

Repetition frequency 150 Hz

Number of the accelerator sections 2

Average acceleration rate 35 MeV/m

Average beam power 11 kW



4

Accelerator scheme



5

Accelerator section in the solenoid

Klystron ТН2129

Electron gun



6

Target hall

Magnetic analyzer



7

RF power vs time when SLED system

is activated

RF system of the LUE-200 accelerator

SLED

(SLAC Energy Doubler)



8

Beam current oscillogramsThe signals from the current transformers

(“Rogowsky belts” - RB)

а) RB1, 2 А/div, RB2, 1А/div, 250 ns/div; b) RB2, RB3, RB4, RB5, 1А/div, 100 nс/div;

HFSS 9.lnk



9

Энергетический спектр 03.07.2009 Iэп=4,2 А, Iсек=1,5 А, -SLED

0

2

4

6

8

10

12

14

16

15 17 18,4 20,2 22 24 26,4 29

Е (МеV)

Ne (о

тн.е

д.)

Electron energy spectrameasured with magnetic analyzer

b) SLED is ON

Ie = 1 A

c) SLED is ON

Ie = 2.2 A

b) SLED is OFF

Ie = 1.5 A



10

15

20

25

30

35

40

0,5 1 1,5 2 2,5 3

ток пучка (А)

поло

ж. м

акс.

спе

ктра

(МэВ

)Load characteristics of the accelerator section

Maximum of the energy spectrum (MeV) vs electron beam current (A)



11



Согласованная нагрузка клистрона

12



Интерфейс программы измерения мощности клистрона

13



14

15

16

17

18

19

20

21

18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5

Ufl (kV)

Pp

uls

e (

MW

t)

Зависимость выходной мощности клистрона TH2119 от напряжения на формирующей линии

14



1.4m1.9m

E3730A

E3712/E3729S-band Pulsed Klystron

15

IX International scientific workshop to the memory of V.P. Sarantsev


Установка клистрона Е3730А на штатное место

16



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Uamp (V)

Pp

uls

e (

Wt)

Калибровочные кривые мощности возбуждения клистрона

17



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

200 230 260 290 320 350 380

U kl (kV)

P pu

lse

(MW

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

200 230 260 290 320 350 380 410 440

I kl (A)

P p

uls

e (

MW

)

Зависимости выходной мощности клистрона Е3730А

От напряжения на клистроне

От тока клистрона0

10

20

30

40

50

60

13 15 17 19 21 23 25 27 29

U fl (kV)

P p

uls

e (M

W)

От напряжения на формирующей линии

18



1

2

3

Осциллограммы импульсов: 1 – напряжения на клистроне;2 – мощности в нагрузке; 3 - возбуждения

19

E3730A set E373XX(*1) set based on E3730A

E37317 setbased on E3712/29

Solution of S-band Pulsed Klystron

Focusing MagnetVT-68922

X- ray Shield KitVT-69064

Lifting AttachmentVT-69065

X- ray Shield KitVT-69063

Oil Tank Ass'lyVT-61169

Girder(Customer )

KlystronE3730A


X- ray Shield KitVT-69***(*1)

Lifting AttachmentVT-69***(*1)

Oil Tank Ass'lyVT-611**(*1)

Girder(Customer )

KlystronE37XXX(*1)


X- ray Shield Kit(included Klystron)

Lifting AttachmentVT-69***(*2)

X- ray Shield Kit(included Klystron)

Oil Tank Ass'lyVT-61174

Girder(Customer )

X-ray Shield KitVT-69142

KlystronE37XXX(*2)



20

E3730A (typical) E373XX(*1) E373XX(*2) Frequency 2856 MHz 2856 MHz 2856 MHz Peak Beam voltage 317.0 kV </= 325 kV </= 350 kV Peak Beam current 365.4 A </= 380 A </= 414 A Peak output power 50.5 MW 50 MW 50 MW Peak drive power 250 W </= 500 W </= 500 W Power efficiency 43.6 % =/> 43 % =/> 41 % Power gain 53.1 dB =/> 50 dB =/> 50 dB Pulse width (Beam) ~ 7.0 µs ~ 7.0 µs ~ 7.0 µs Pulse width (RF) 4.0 µs 4.0 µs 4.0 µs Pulse repetition rate 50 pps 150 pps 150 pps Window type Standard Long Double-Standard Margin of capability Standard Low (Small) (*4) High (Large) (*4) Life time estimation Standard Short Long Price Standard Higher Highest Delivery LT (Tentative) 10 months 15 months 15 months

Solution of S-band Pulsed Klystron



21



E3729

*1:normaly E3712 range

*2:replace only

*3:E3729 operation is also possible

40 45 50

E3772 E3783 (360pps) E3765,A (550pps)

E37308 (200pps)

20 25 30 35

Pea

k O

utp

ut

Po

wer

po

[M

w]

Average Output Power Po [kW]

10 15

TOSHIBA S-Band Pulsed Klystron Line-up

E3712

fo=2856 [MHz]prr=50 [pps]

51

30

20

10

0

100

90

80

*370

50

40

60

E37300

E3776*2

E3754

E3730A

E3712,60*1

E3783 (300pps)E3765,A (550pps)

E3783 (250pps)

E3729 (10pps)

E37308 (200pps)

*1:normaly E3712 range

E3730A

E3712,60*1

E3729 (10pps)

50

40

60

100

90

80

*370

41

30

20

10

0

E3772

E3754

E37300

E3776*2

TOSHIBA S-Band Pulsed Klystron Line-up

fo=2856 [MHz]prr=50 [pps]

*2:replace onlyE3712

Pea

k O

utp

ut

Po

wer

p

o [

Mw

]

Pulse Width tp [us]

*3:E3729 operation is also possible

20 2412.5 17

Pulse WidthPulse WidthAverage PowerAverage Power

New* E373XX50MW/4us/150pps

New* E373XX50MW/4us/150pps

High Pulse Repetition Rate Klystron for JINR

22

Программа исследований на ИРЕН

Прикладные исследованияПрикладные исследования

изотопный анализ с резонансными нейтронамиизотопный анализ с резонансными нейтронами

ядерные данные для астрофизикиядерные данные для астрофизики

ядерные данные для прикладных исследованийядерные данные для прикладных исследований

Фундаментальная ядерная физикаФундаментальная ядерная физика

изучение нарушения четности в реакциях с нейтронами изучение нарушения четности в реакциях с нейтронами (деление, (деление, (n,p), (n,alpha)(n,p), (n,alpha), , (n,g))(n,g))

исследование нарушения временной инвариантности с исследование нарушения временной инвариантности с поляризованными резонансными нейтронами и поляризованными резонансными нейтронами и поляризованной мишеньюполяризованной мишенью

квантовые аспекты деления, вызванного нейтронамиквантовые аспекты деления, вызванного нейтронами

фазовые переходы в возбужденных ядрах- хаос и порядок фазовые переходы в возбужденных ядрах- хаос и порядок в квантовых системахв квантовых системах



23

Conclusion and outlook

Planned neutron yield is the following:Planned neutron yield is the following:

• 2-5E122-5E12 at 2011 (increased RF power);at 2011 (increased RF power);

• 2-3E132-3E13 at 2013 (commissioning of the 2nd accelerator at 2013 (commissioning of the 2nd accelerator

section);section);

• About 1E14About 1E14 at 2015 (new modulators + U nonmultiplying at 2015 (new modulators + U nonmultiplying

target);target);



24

Thank you for your attention



the linear accelerator lue -200. status and prospects

Documents