1) Titolo del progetto: REGATA
o Responsabile nazionale: Anna Maria Porcellato
o Data inizio - data fine: gennaio 2011- Dicembre 2012
o area (acceleratori,interdisciplinare,rivelatori,elettronica/computing) in CSN5:
Acceleratori
o Sezioni coinvolte: LNL
o Responsabili locali: Anna Maria Porcellato
2) Numero di partecipanti
- (media): 7 (2011); 6 (2012)
- FTE (media) 2.0 (2011); 1.8 (2012)
3) Tutti i partner non INFN coinvolti (italiani,stranieri, anche non istituzioni di ricerca tipo
ospedali,industrie, enti pubblici vari etc.): CERN-ISOLDE
4) Fondi esterni acquisiti (totale): 6.7k€ (contributo SPES per acquisto amplificatore)
5) Fondi INFN ricevuti;
1) missioni: 3k€ (2011)+4.5 k€ (2012) = 4.5k€
2) inventariabile/costruzione apparati: 5k€ (2011)+35 k€ (2012) = 40k€
3) consumo: 2k€ (2011)+3 k€ (2012) = 5k€
4) licenze software 2.5 k€ (2011)+ 0 k€ (2012) = 2.5k€
6) Descrizione obiettivi del progetto:
L’esperimento Regata esperimento è uno studio di fattibilità di un RFQ-cooler per fasci di
ioni radioattivi di relativamente alta corrente (poche centinaia di nA), proposto per
acquisire le competenze necessarie alla progettazione e realizzazione di tale dispositivo
per i fasci della facility SPES.
REGATA prevede:
- La definizione dei parametri geometrici e di funzionamento del cooler (frequenza RF,
tensione di funzionamento, pressione per l’intensita e l’emittanza previste per i fasci in
ingresso
- La simulazione elettrostatica delle sezioni di iniezione ed estrazione, utilizzando il codice
OPERA 3D (TOSCA).
- Lo studio elettromagnetico della stuttura di confinamento quadrupolare e del campo
elettrico longitudinale, da effettuare con OPERA 3D (TOSCA).
La simulazione della dinamica dinamica fascio tenendo conto degli effetti delle interazioni
collisionali con il gas tampone utilizzando il codice SIMION.
- La progettazione concettuale del sistema di RFQ, del sistema Rf e del sistema da vuoto.
- La predisposizione di un set up sperimentali atti a verificare la possibilità di sostenere
l'alta tensione prevista (dell'ordine di pochi kV) nell'intervallo di pressione adatto al
processo di raffreddamento fascio (dell'ordine di mbar) e la fattibilità di un circuito
risonante atto ad alimentare la struttura quadrupolare.
7) Risultati Ottenuti:
L’esperimento REGATA ha dato modo di approfondire le conoscenze sulla tecnologie di
riduzione del fascio tramite RFQ-cooler, dispositivi a gas tampone per il raffreddamento di
fasci.
L’analisi effettuata ha permesso di definire i parametri di funzionamento e le dimensioni
più opportune per un dispositivo utile a ridurre sia l’emittanza trasversa del fascio
radioattivo all’ingresso dello spettrometro ad alta risoluzione di SPES (aumentando quindi
la trasmissione del fascio a parità di potere risolutivo in massa dello spettrometro), sia a
limitare la dispersione energetica dello stesso all’ingresso del charge breeder (essenziale
per l’efficienza dello stesso).
Lo studio elettromagnetico delle struttura quadrupolare e degli elettrodi di iniezione ed
estrazione è stato fatto con il codice FEM OPERA. Sempre con Opera, attraverso il
modulo di “ray trace”, sono stati calcolati il confinamento e l’ottica dei fasci all’interno
dell’RFQ.
Lo studio di dinamica delle particelle confinate e la loro interazione con gli atomi del gas di
He che causano la termalizzazione è stata eseguita per mezzo del codice SIMION.
E’ stato disegnata la struttura meccanica preliminare del dispositivo ed è stata verificata
attraverso l’uso del programma Molflow, la possibilità di ottenere le condizioni di pressione
richieste nelle varie sezioni della struttura nello schema di pompaggio predisposto.
E’ stato definito uno schema del circuito di alimentazione degli elettrodi dell’RFQ ed è
stato acquisito un amplificatore che permetterà di realizzare a LNL i test del prototipo
dell’RFQ.
Sono state realizzati apparati di test per verificare la fattibilità di parti critiche di
funzionamento dell’RFQC. In particolare è stato realizzato:
•
un apparato di test per la verifica della sostenibilità di alte tensioni DC a bassa
pressione
•
un primo prototipo del circuito risonante per l’alimentazione degli elettrodi della
struttura RFQ (presso i LNS di Catania)
E’ stato effettuato il progetto meccanico della struttura quadrupolare e la costruzione di
questa parte della struttura è stata commissionata utilizzando anche un anticipo dei fondi
dell’esperimento Coolbeam che nel 2013 prosegue l’attività di realizzazione del prototipo
di beam cooler di SPES previsto per il 2015.
8) Pubblicazioni:
Delahaye P, Galata A, Angot J, Ban G, Celona L, Choinski J, Gmaj P, Jakubowski A, Jardin P,
Kalvas T, Koivisto H, Kolhinen V, Lamy T, Lunney D, Maunoury L, Porcellato AM, Prete GF,
Steckiewicz O, Sortais P, Thuillier T, Tarvainen O, Traykov E, Varenne F, Wenander F.,
“Prospects for advanced electron cyclotron resonance and electron beam ion source charge
breeding methods for EURISOL”, REV SCI INSTRUM, 83-2, 02A906 (2012)
9) Presentazioni a congressi
a) Progress on the RFQ Beam Cooler Design for SPES Project
Authors: M.M. Maggiore, F. Chiurlotto, M. Comunian, A. Dainelli, M. De Lazzari, A. Galatà, A.
Minarello, A.M. Porcellato, S. Stark [INFN/LNL, Legnaro (PD), Italy]
Proceedings of
HIAT2012, Venice
http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/HIAT2012/papers/po09.pdf
b) Study of the RFQ Beam Cooler for SPES project
Authors: M.M. Maggiore, A.M. Porcellato, S. Stark [INFN/LNL, Legnaro (PD), Italy], Proceeding
of IPAC 2012
http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC2012/papers/tuppd026.pdf
10) Tesi: no
11) Sviluppo tecnologico: no
12) Applicazioni Mediche: no
13) Applicazioni interdisciplinari:no
14) Parere dei referees
L’esperimento Regata consiste in uno studio di fattibilità di un RFQ-cooler per fasci
radioattivi adatto ad essere utilizzato per il raffreddamento del fascio prodotto dalla
sorgente di ioni radioattivi di SPES. L’esperimento, di durata biennale, prevedeva di
arrivare dapprima ad un disegno preliminare del cooler studiando le condizioni di
raffreddamento del fascio mediante gas tampone in una struttura quadrupolare e quindi di
procedere ad un’attività sperimentale mediante la costruzione di un set up sperimentale
dove effettuare prove di tenuta di tensione degli elettrodi a pressione di qualche Pa.
Nei due anni di durata dell'esperimento il giudizio dei referee è stato positivo sia in termini
della qualità della produzione scientifica che dell'impegno relativo al mantenimento delle
milestones concordate. Per quanto concerne il 2012 si è verificato un certo ritardo nel
completamento della parte sperimentale che, tuttavia, è stato considerato fisiologico per le
difficoltà intrinseche all'esperimento. Tali attività saranno completate nel corso del 2013
portando cosi al completamento con successo dell'esperimento.
