1 – Présentation de la machine :1 – Présentation de la machine :

- Carte d’identitéCarte d’identité

- LocalisationLocalisation

- Synoptique et designSynoptique et design

- Vues réellesVues réelles

- Installation des équipementsInstallation des équipements

2 – Fonctionnement des sections spécifiques de REX :2 – Fonctionnement des sections spécifiques de REX :

- TRAPTRAP

- EBISEBIS

3 – Les convertisseurs :3 – Les convertisseurs :

- BesoinsBesoins

- TopologiesTopologies

- En quelques chiffresEn quelques chiffres

4 – Le future de REX4 – Le future de REX

SommaireSommaire REX- ISOLDE

Nom commun:Nom commun:

Date de mise en Date de mise en service:service:

Conception:Conception:

But:But: REX-ISOLDE permet de :REX-ISOLDE permet de :- Regrouper les ions radioactifs issues des séparateurs Regrouper les ions radioactifs issues des séparateurs d’ISOLDE (GPS ou HRS)d’ISOLDE (GPS ou HRS)- Modifier la charge des ions (1+ q Modifier la charge des ions (1+ q n+ q) n+ q)- Accélérer les ions pour les expérimentationsAccélérer les ions pour les expérimentations

~700 radio-isotopes issues de 60 éléments différents~700 radio-isotopes issues de 60 éléments différents

REX-ISOLDE: REX-ISOLDE: RRadioactive beam adioactive beam EXEXperiment à ISOLDEperiment à ISOLDE

Carte d’identitéCarte d’identité

Expériences pour les premiers faisceaux en 2001Expériences pour les premiers faisceaux en 2001

Collaboration entre plusieurs universités européenne de physiqueCollaboration entre plusieurs universités européenne de physique(Allemagne - France – Suède – Belgique – UK)(Allemagne - France – Suède – Belgique – UK)

et le CERN pour la mise à disposition des locauxet le CERN pour la mise à disposition des locaux

1 REX- ISOLDE

Le Hall ISOLDELe Hall ISOLDE1 REX- ISOLDE

Synoptique fonctionnelSynoptique fonctionnel

Regroupement et augmentation de la charge des faisceaux d’ions radioactifs en combinant TRAP et EBIS afin d’obtenir des faisceaux plus lourds (n+ q)

Accélération des isotopes radioactifs à des énergies proches de la barrière de Coulomb

Investigations sur les noyaux avec phénomène à ‘halo’

1 REX- ISOLDE

Design de la machineDesign de la machine1 REX- ISOLDE

PENNING Trap

EBISA/q<4.5

ISOLDEbeam60 keV

HV platform60 kV

HV platform20-60 kV

Separator(q/A)/(q/A)= 1/150

tra

nsfe

rb

ea

m lin

e

cooled beam of singlycharged ions 60 keV

highly chargedions 5 keV/u

TRAP

EBIS

Séparateurs

Triage - Regroupement etSéparation des ions

Triage - Regroupement etSéparation des ions

Beam Transfert

1 REX- ISOLDE

Vue réelle des parties LINAC et cibleVue réelle des parties LINAC et cible1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :REX-TRAP

Installation des équipements :REX-TRAP1

HT

Cage REX-TRAP

Solénoïde +

Électrodes TRAP

RA02

RA01

Isolateur

Entrée

Transformateur d’Isolation

Isolateur

Perche de terre + Verrouillage Cage

Coffret interlock cage HT +

Distribution BT

Plate Forme HT

RA04

RA03

Cage Source

Quadrupôle

Bender

Faisceau HRS ou GPS

Source d’ions

Flashing Présence Haute Tension

REX- ISOLDE

Installation des équipements :REX-TRAP

Installation des équipements :REX-TRAP1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :Beam Transport

Installation des équipements :Beam Transport1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :REX-EBIS

Installation des équipements :REX-EBIS1

RA24

HT

Cage REX-TRAP

Solénoïde + Électrodes EBIS

Isolateur

Entrée

Distribution BT

Plate Forme HT

RA12(Ground Rack)

RA21(Vacuum)

RA22(HV)

RA23 (Gun)

REXPS10 (Fug HV)

Moto

r3

x40

0V

Ge

ne

rato

r3

x4

00

V1

5k

VA

RA05(on REXPS10)

Canon à électrons

Perche de terre + Verrouillage Cage

Flashing Présence Haute Tension

Séparateur électrostatique

Beam transport quadrupole

Bender+Kicker

Octupole

REX- ISOLDE

Installation des équipements :REX-EBIS

Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE

Motor3x400V

Generator3x400V15kVA

Mu

lti So

cket

Mu

lti So

cket

Mu

lti So

cket

connector block

connector blockCircuit

BreakerDifferential

Circuit Breaker

Circuit Breaker

RA21 (Vacuum Rack) RA22 (HV Rack) RA23 (Gun Rack)

Isolated Gun Rack

Multi Socket

Circuit Breaker

ST-EL Distributor Box inside cage

3~ 400V/220V 5kVA

ST/EL Distribution Rack

170-R-020

Installation des équipements :REX-EBIS

Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :REX-EBIS

Installation des équipements :REX-EBIS1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :Les séparateurs de masse

Installation des équipements :Les séparateurs de masse1 REX- ISOLDE

Installation des équipements :Le linac

Installation des équipements :Le linac1 REX- ISOLDE

B

trap cylinders

beam in

Principe de triage et de regroupement des ions par REX-TRAP

Principe de triage et de regroupement des ions par REX-TRAP

U PotentialTrapping & Cooling phase (20ms)

Ejection phase

2

Buffer gaz

100k to 20Mhz

B=3Tesla

1,3m

REX- ISOLDE

Modification de la charge des ions par REX-EBISModification de la charge des ions par REX-EBIS

Drift tubes

Solenoid 3T

Canon a électron

Anode

Collecteur

electron repeller

Électrode barrage

U(z)

Z

Injection Ejection

2

Buffer Gaz

REX- ISOLDE

Besoins en convertiseursBesoins en convertiseurs3

2 groupes de charge:2 groupes de charge:- Éléments électrostatiques Éléments électrostatiques (électrodes, steerers, quadripôles, séparateur …)(électrodes, steerers, quadripôles, séparateur …)

- Éléments magnétiques Éléments magnétiques (triplets, streerers, bender, séparateur…)(triplets, streerers, bender, séparateur…)

2 modes de fonctionnement:2 modes de fonctionnement:- Régime continue pour la majorité des chargesRégime continue pour la majorité des charges- Régime programmé pour certaines parties de TRAP et d’EBIS (système Régime programmé pour certaines parties de TRAP et d’EBIS (système

d’injection + éjection)d’injection + éjection)

3 familles de convertisseur :3 familles de convertisseur :- Utilisation en régime continu avec régulation en tension (2kV à 60kV)Utilisation en régime continu avec régulation en tension (2kV à 60kV)- Utilisation en régime programmé avec régulation en tension (200V-1Utilisation en régime programmé avec régulation en tension (200V-1µsµs à à

60kV-1ms)60kV-1ms)- Utilisation en régime continu avec régulation en courant (2A à 350A)Utilisation en régime continu avec régulation en courant (2A à 350A)

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

24

V d

c

1500VOutput0-6kV

PWM

+

-

Input 0-10V

X 4

Electrode

Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur de tension à diodesde tension à diodes

Convertisseur HEINZINGER 24VDC 0-6kV Ioutmax = 1mAConvertisseur HEINZINGER 24VDC 0-6kV Ioutmax = 1mA

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull

Amplificateur TREK pour électrode (230Vac -/+500V Bw = 4kHZ Ioutmax = 20mA)Amplificateur TREK pour électrode (230Vac -/+500V Bw = 4kHZ Ioutmax = 20mA)

24V dc

R8

R5

R7

R6

+500V

-500V

R4

-15V

+15V

+

-

Input -10V/+10V

25kHz

Output+/-500V

Electrode

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur Commutation en basse tension (Bipolaire, MOS ou IGBT) + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull à diodes + transistor(s) MOS ou IGBT en série montés en étage Push-Pull

Convertisseur TREK pour lentille focalisante sur EBIS (0-20kV Bw=10kHz Ioutmax = 20mA)Convertisseur TREK pour lentille focalisante sur EBIS (0-20kV Bw=10kHz Ioutmax = 20mA)

700V D

C

+20kV

-15V

+15V

+

-

Input -10V/+10V

25kHz

5kV

X 4

x30

x30

Output0-20kV

Electrode

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

Commutation en basse tension avec MOS + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistors MOS Commutation en basse tension avec MOS + transformateur élévateur + multiplieur à diodes + transistors MOS montés série en étage Push-Pull montés série en étage Push-Pull

Convertisseur FUG pour plate forme EBIS (0-60kV Fmax=450Hz Ioutmax = 100mA for 1.1ms)Convertisseur FUG pour plate forme EBIS (0-60kV Fmax=450Hz Ioutmax = 100mA for 1.1ms)

HV out regulated

0V

x4

60kV regulated

0 à 60kV

Oil tank

230V

N

650Vpp

Um1

Um160kV

regulation

Um2

Pulse regulation

Voltage reference

input

HV transformer

15kV

To regulation

To regulation

Um2

x40

Isolation

x40

Isolation

x40

Isolation

x40

Isolation

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

Transformateur + redresseur + transistors bipolaires en //Transformateur + redresseur + transistors bipolaires en //

Convertisseur DANFYSIK 858 pour quadrupole magnétique (400Vac Imax= 200A Vmax = 20V)Convertisseur DANFYSIK 858 pour quadrupole magnétique (400Vac Imax= 200A Vmax = 20V)

DCCT

+

-

Input

Charge R+L

Secteur400V

30V x40

REX- ISOLDE

Topologies des convertisseursTopologies des convertisseurs3

Autotransformateur motorisé + redresseur + transistors bipolaires en //Autotransformateur motorisé + redresseur + transistors bipolaires en //

Convertisseur BRUKER pour Bender magnétique du linac (400Vac Imax= 350A Vmax = 65V)Convertisseur BRUKER pour Bender magnétique du linac (400Vac Imax= 350A Vmax = 65V)

M

DCCT

+

-

+

-

Input

Charge R+L

10V

Secteur400V

Vce =10V

x40

REX- ISOLDE

Les convertisseurs en quelques chiffresLes convertisseurs en quelques chiffres3

• 146 éléments au total sur la machine 146 éléments au total sur la machine • Les spares : Les spares : - 35% du parc en 2004- 35% du parc en 2004

- 81% du parc en 2005- 81% du parc en 2005

- 95% prévu pour 2006- 95% prévu pour 2006

• 34 types de convertisseurs différents :34 types de convertisseurs différents :

– 3 fabrications universitaire représentant 12 convertisseurs 3 fabrications universitaire représentant 12 convertisseurs (développement + (développement + réalisation)réalisation)

– 11 fabricants industrielles représentant 100 convertisseurs (Danfysik, 11 fabricants industrielles représentant 100 convertisseurs (Danfysik, Heinzinger, Fug, Delta… )Heinzinger, Fug, Delta… )

– 2 fabrications CERN représentant 34 convertisseurs (ISOLDE)2 fabrications CERN représentant 34 convertisseurs (ISOLDE)

Réduction possible à 26 types de convertisseursRéduction possible à 26 types de convertisseurs

REX- ISOLDE

Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4• AB-PO :AB-PO :

– Amélioration de la fiabilité des convertisseursAmélioration de la fiabilité des convertisseurs– Mises en oeuvre de solutions en cas de défaillance matérielleMises en oeuvre de solutions en cas de défaillance matérielle– Procédures, notes d’exploitation…Procédures, notes d’exploitation…– Consolidations possibleConsolidations possible

• AB-CO :AB-CO :

– Automates Wago remplacés par automates Siemens pour le Linac (3 derniers Automates Wago remplacés par automates Siemens pour le Linac (3 derniers slides)slides)

– Remplacement à terme des FECRemplacement à terme des FEC

• Projet HIE-ISOLDE :Projet HIE-ISOLDE :

– Déplacement de la cible MINIBALL dans le nouveau hallDéplacement de la cible MINIBALL dans le nouveau hall– Premier passage de 3.3 MeV/u à 5.4 MeV/u Premier passage de 3.3 MeV/u à 5.4 MeV/u (ajouts et modifications RF)(ajouts et modifications RF)

– Second passage de 5.1MeV/u à 10MeV/u Second passage de 5.1MeV/u à 10MeV/u (ajouts et modifications RF)(ajouts et modifications RF)

– Amélioration de l’efficacité de TRAP (cooling RF…)Amélioration de l’efficacité de TRAP (cooling RF…)– Injection continue dans EBIS (10Injection continue dans EBIS (10µs µs 100ms), couplage possible avec ECRIS 100ms), couplage possible avec ECRIS– Installation d’un spectromètre à la fin du LinacInstallation d’un spectromètre à la fin du Linac

REX- ISOLDE

Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE

21 x Danfysik 858 Power Converters

ProfibusRS 232

Interface

Wago crate 2

3 x Heidelberg &2 x Danfysik 896

Power Converters

FECWindows XPpcrexfec02

ProfibusPCI card

ProfiBus DP

Wago crate 3

1 x Bouhnik Power Converter

Group3LC PCI

card

Optical Fiber

1 x Bruker Power Converter

Wago crate 4

Group3 CNAController

Group3 CNAController

RFQ-7GP-Bender MagneticTriplets

7GP-BenderSteerers

Mass Separator Bender

Field mesurement

Wago crate 1

32 x Heinzinger Power Converters

SEP-RFQElectrostatics

Plates

Ethernet Network

Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE

21 x Danfysik 858 Power Converters

ProfiBus DP

Local Control Panel

Vacuum Interlock

1 x Bruker Power Converter

SIMATIC S7/300 crate

Bender

1 x Bouhnik Power Converter

Mass Separator

Field mesurement

SIMATIC CPU S7/400

SIMATIC S7/300 vB crate

32 x Heinzinger Power Converters

3 x Heidelberg2 x Danfysik 896

Power Converters

SEP & RFQElectrostatics

Plates

7GP & BenderSteerers

Ethernet Link

RFQ & 7GP & Bender Triplets

VME crate

RS422Rack21 Rack06

GatewayEthernet Link

Ethernet Link

Présent et futur de REXPrésent et futur de REX4 REX- ISOLDE