Published October 17, 2002 | Version v1
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Modeling of the thermal regulation of IPHI's RFQ - Calculation note

Description

The surface currents generated by the Radio Frequency (RF) power supply (352 MHz) to IPHI's Radio Frequency Quadrupole (RFQ) accelerator cavity heat it up significantly (210 W/cm2 locally at some ends, 16 W/cm2 in the right-hand section). This heat is dissipated by water circulating in cooling channels running through the blades, but nevertheless leads to deformation of the cavity transverse profile. Thermo-mechanical modelling of the cross-sections using finite elements, enables us to estimate the displacements and stresses undergone by the cavity during operation in its central section. The new profile obtained can then be transmitted to the HF Superfish calculation code, in order to calculate the section's new tuning frequency. By taking into account the heating of the water circulating in the cooling channels, it is also possible to evaluate, for the RFQ in operation, the regulation that will induce the minimum frequency shift. The first part of this note describes the finite-element modeling of the thermo-mechanical behavior of the straight sections of the cavity (carried out on Castem2000 2D software). The second part describes how the overall behavior of the RFQ and its control system can be modeled, by successively using such modeling on several sections. Its aim is not to give results on the thermo-mechanical behavior of the cavity, but rather to describe how the regulation of the complete RFQ can be modeled

Abstract (French)

Les courants de surface generes par l'alimentation Radio Frequence (352 MHz) de la cavite acceleratrice RFQ d'IPHI, l'echauffent de facon non negligeable (210 W/cm2 localement a certaines extremites, 16 W/cm2 dans la partie droite). Cette chaleur est evacuee par de l'eau circulant dans des canaux de refroidissement traversant les lames mais entraine neanmoins une deformation du profil transverse de la cavite. La modelisation thermo-mecanique des sections droites des troncons par les elements finis, permet d'estimer les deplacements et les contraintes que subit la cavite en fonctionnement dans sa partie centrale. Le nouveau profil obtenu peut alors etre transmis au code de calcul HF Superfish, afin de calculer la nouvelle frequence d'accord de la section. Elle permet egalement, en prenant en compte l'echauffement de l'eau circulant dans les canaux de refroidissement, d'evaluer pour le RFQ en fonctionnement, la regulation qui induira le minimum de decalage de frequence. La presente note decrit, dans une premiere partie, la modelisation par les elements finis du comportement thermo-mecanique des sections droites de la cavite (menee sur le logiciel Castem2000 en 2D) puis, dans une deuxieme partie, par l'utilisation successive d'une telle modelisation sur plusieurs sections, la facon dont peut-etre modelise le comportement global du RFQ et sa regulation. Son objectif n'est pas de donner des resultats de comportement thermo-mecanique de la cavite mais plutot de decrire comment la regulation du RFQ complet peut-etre modelisee. (auteur)

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Original title (French)
Modelisation de la regulation thermique du RFQ d'IPHI - Note de calcul

Publishing Information

Imprint Pagination
25 p.
Report number
INIS-FR--24-1764

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Notes
3 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses