Laboratori Nazionali del Sud

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PS-ESS

PS-ESS – Sorgente di Protoni per la European Spallation Source

L’acceleratore ESS dovrà operare a diffenti livelli di potenza di fascio ed alta affidabilità; questa richiesta è stata la principale specifica di progettazione per lo sviluppo della sorgente di protoni chiamata PS-ESS (proton source per l’European Spallation Source) che fornirà fasci intensi di protoni per l'acceleratore.

La corrente media di 62.5 mA (sul target) permetterà di ottenere una potenza di fascio massimo pari a 5 MW a 2 GeV.

PS-ESS è una sorgente di ioni di tipo Microwave Discharge Ion Source (MDIS) simile alle sorgenti TRIPS e VIS sviluppate ai LNS e alla sorgente SILHI del CEA-Saclay. Il fascio dalla sorgente di ioni viene trasportato attraverso una linea di trasporto a bassa energia (LEBT) verso il quadrupolo a radiofrequenza (RFQ) e i successivi stadi di accelerazione.

Per quanto riguarda il progetto della European Spallation Source, i Laboratori Nazionali del Sud hanno assunto un ruolo di coordinamento per la progettazione e costruzione del Normal Conducting Linac, ivi inclusa la sorgente di protoni e la LEBT che costituisce il contributo diretto, il Radiofrequency Quadrupole (RFQ) sviluppato dal CEA, la linea di fascio di media energia (MEBT) sviluppata da ESS-Bilbao e il Drift Tube Linac, contributo di INFN-LNL. L'esperienza acquisita dall'INFN in attività di R&D per acceleratori di protoni ad alta potenza (HPPA), sviluppati ai LNS, LNL e LASA sin dagli anni 90, è risultata preziosa per tale coordinamento.

La progettazione della sorgente ha usufruito dei recenti avanzamenti teorici insieme con i nuovi strumenti di diagnostica di plasma sviluppati presso l’INFN-LNS.

L’obiettivo della sorgente PS-ESS è ottenere un fascio di protoni di 74 mA. La stabilità del fascio è di ± 3,5% per impulso con una variazione del ± 2% della corrente di fascio tra un impulso e il successivo su un periodo di 50 μs. La durata dell'impulso è di 2,86 ms con frequenza di ripetizione di 14 Hz. E’ richiesta un’affidabilità maggiore del 95% per l'intero acceleratore, il che significa che l'affidabilità della sorgente deve essere superiore al 99%.

L’emittanza massima prevista è di 0.25 π-mm-mrad.

A Giugno 2016, i Laboratori Nazionali del Sud hanno generato il primo plasma con successo e avviato la fase di caratterizzazione del fascio.

Render-view della sorgente di protoni di tipo MDIS (Microwave Discharge Ion Source) per la European Spallation Source.

 

Sinistra – Installazione (ai LNS) della sorgente di protoni ESS che mostra la sorgente assemblata sulla piattaforma ad alta. Destra – Emissione di luce dal fascio di PS-ESS dovuta all’interazione con il gas residuo nella low energy beam transport line (LEBT).

 

 

 

Front view della sorgente ESS che mostra la luce emessa dal plasma di idrogeno contenuto dentro la camera in rame del plasma. La luce è visibile attraverso il foro di estrazione di 6 mm

 

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