Optique et diagnostics faisceaux du projet MYRRHA 100MeV

Doctorant : Henri Kraft
Laboratoire d’accueil : IJC Lab (IPNO)
Date de début de thèse : mars 2018

Le projet MYRRHA, dirigé par le SCK-CEN en Belgique, sera une infrastructure de recherche située à Möl visant à mettre en fonction le premier prototype de réacteur nucléaire sous-critique contrôlé par un accélérateur de proton ADS (Accelerator Driving System) à 600 MeV. Ce projet a également pour but d’étudier la transmutation de déchets nucléaire à longue vie. Une première phase du projet est de valider la fiabilité d’un LINAC-Proton à 100MeV/4mA, transportant le faisceau vers des halls expérimentaux (ISOL & Fusion). Ce projet en phase 1 est nommé MINERVA.

Etude de dynamique de faisceau le long de la ligne HEBT (TraceWin)

Ce travail de thèse vise à étudier la ligne de transport haute énergie à 100 MeV (HEBT – High Energy Beam Transport). Une première étape a consisté à réaliser des calculs de dynamique faisceau (Tracewin) de la HEBT en aval du linac de protons 100 MeV. Ces calculs ont été effectués au premier ordre. Un premier jalon a ainsi été atteint en octobre 2018, dont les résultats ont été publiés dans le rapport final du projet européen MYRTE au premier semestre 2019. Cependant, des modifications bâtiment ont imposé des mises à jours de la ligne HEBT, un échange étroit entre le SCK-CEN et l’IJCLab s’est mis en place en vue de fixer la ligne.
Une solution de conception magnétique d’aimant rapide a été étudié pour la séparation des différentes lignes (vers arrêt faisceau ou vers les cibles). Pour cela, Henri Kraft a étudié le design d’un ensemble Kicker-Septum. Des discussions avec le groupe de projet MYRRHA et des experts du CERN ayant travaillés sur les projets MEDAUSTRON, CNAO, TRIUMF ont permis de définir les premières spécifications des caractéristiques géométriques/magnétiques du Kicker et du Septum.

Simulation de BPM sur CST

Dans le cadre du deuxième volet de la thèse, l’étude des BPM (Beam Position Monitor) a pris forme. Les BPM de MYRRHA et IPHI ont été modélisés avec le logiciel CST disponible au laboratoire. Ces simulations permettent de valider les études paramétriques voulues pour les BPM type boutons capacitifs. Elles visent à optimiser le BPM pour le projet MYRRHA à 100 MeV. Un modèle analytique a été mis en place, pour réaliser l’évaluation des dépendances paramétriques. Courant septembre 2019, Henri Kraft a effectué des prises de données avec le BPM disponible auprès de l’installation IPHI au CEA Saclay. Les résultats de ces mesures sont en cours d’analyse. Elles doivent permettre de confronter les résultats du modèle analytique et les calculs CST en cours de finalisation.

La participation aux conférences IPAC19 (en mai 2019, http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/ipac2019/papers/wepmp003.pdf) et IBIC19 (en septembre 2019) ont permis à Henri Kraft de présenter ses travaux lors des sessions posters ainsi que de rédiger les actes de ces conférences. Le travail prévu jusqu’à avril 2020, fin de la deuxième année, consiste à finir l’analyse des données mesurée sur IPHI, de confronter le modèle analytique et les calculs CST. Durant le premier semestre 2020, Henri Kraft doit réaliser les études magnétiques des éléments standardisés de la ligne haute énergie (HEBT) pour MYRRHA 100MeV comme les dipôles, quadrupôles, les steerers. L’objectif est d’optimiser un modèle complet avec le logiciel de dynamique faisceau TraceWin des lignes de faisceaux. Il est également prévu de poursuivre et approfondir les études sur les BPM dédiés au projet MYRRHA pour la partie 100 MeV.