Caretta, Otto

Charitonidis, Nikolaos

Davenne, Tristan

Densham, Chris

Efthymiopoulos, Ilias

Loveridge, Peter

Rivkin, Leonid

Infoscience - École polytechnique fédérale de Lausanne

Feasibility	  Experiment	  for	  a	  High	  Power	  Fragmented	  Solid	  Target	  in	  the	  HiRadMat	  Facility	  at	  CERN	  N.	  Charitonidis	  [CERN/EPFL],	  I.	  EGhymiopoulos	  [CERN],	  O.	  CareJa,	  T.	  Davenne,	  C.	  Densham,	  P.	  Loveridge	  [RAL]	  ,	  L.	  Rivkin	  [EPFL/PSI]	  4d High Power Targetry Workshop Malmoe – May 2-6, 2011 May	  5,	  2011	  Nikolaos	  	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	  1	  W-­‐powder	  jet	  at	  RAL	  Outline	    MoVvaVon	  -­‐	  ScienVﬁc	  goals	    Experimental	  layout	    DiagnosVcs	    Planning	  –	  next	  steps	    Summary	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   2	  Powder	  experiment	  	  -­‐	  MoVvaVon	    Granular	  targets	  have	  been	  proposed	  since	  long	  as	  alternaVves	  to	  liquid	  metals	  for	  High-­‐Power	  targetry	    P.	  Sievers,	  P.Pugnat,	  et.	  al.	  …..	    Recent	  work	  by	   the	  RAL	  group	  on	  ﬂuidized	   tungsten	  powder	  has	  given	  promising	  results	  and	  is	  under	  study	  as	   	  alternaVve	  high-­‐power	  target	  to	  liquid	  Hg	  for	  a	  NF	  or	  MC	    Talk	  of	  O.	  CareJa	  ….	  	  this	  workshop!	    It	  is	  about	  1me	  to	  do	  a	  test	  !!!!	  Solids	   Liquids	  Powder	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   3	  MoVvaVon	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   4	    Main	  scien1ﬁc	  goals:	  	    1.	  Possible	  disrup1on	  of	  the	  powder	  	    2.	  Possible	  mel1ng	  of	  the	  beads	    3.EvaluaVon	   of	   the	   shock	   wave	   caused	   by	   the	  temperature	  increase	  	    4.	  Temperature	  increase	  for	  assessing	  the	  possible	  cooling	  needed	  for	  such	  a	  target	  Powder	  experiment	  in	  HiRadMat	  @	  SPS	    Proposal	   (CERN	   –	   RAL	   collaboraVon)	   to	   test	   a	   sta1c	  tungsten	   powder	   target	   on	   similar	   condi1ons	   as	   in	   a	  future	  applicaVon	  in	  a	  NF	    Single	  pulse	  experiment	  (like	  MERIT)	  	    Target	  conﬁgura1on:	    1(0.8)	  cm	  diameter	  	    20-­‐30cm	  long	  (along	  z)	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   5	  Proton	  beam	  The	  HiRadMat	  Facility	  @	  SPS	  May	  5,	  2011	   Nikos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   6	    Facility	  specially	  designed	  to	  test	  impact	  of	  high-­‐intensity	  beam	  on	  materials	    Designed	  primarily	  to	  test	  LHC	  components	  (collimators,	  etc.)	  ?	  Talk	  of	  I.	  E?hymiopoulos	  	  440	  GeV/c	  beam	  from	  SPS	  (protons,	  LHC	  type)	  	  Beam	  parameters	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   7	    How	   to	   adjust	   the	   HiRadMat	   beam	   to	   match	   the	   NF	  parameters	  on	  target	    Neutrino	  Factory	  beam	  parameters:	    Beam	  energy	  :	  8GeV	  	    Beam	  spot	  size:	  ~1mm	    Protons/pulse:	  6.25E13	  (50Hz)	    HiRadMat	  beam	  parameters:	    Beam	  energy:	  450GeV	    Beam	  spot	  size:	  0.1	  –	  0.5	  mm	    Protons	  /	  pulse:	  available	  from	  1	  –	  288	  bunches	  with	  intensity	  up	  to	  1.7E11	  protons	    Adjust	  HiRadMat	  beam	  to	  match	  a	  single	  pulse	    Adjust	  total	  intensity	    Adjust	  beam	  spot	  size	  FLUKA	  Monte	  –	  Carlo	  simulaVons	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   8	    Cylindrical	  geometry	  of	  1cm	  diameter	  and	  60	  cm	  length	    Scoring:	   Cylindrical	   binning	   of	   radius:	   0.05σ	   at	   the	   center	   of	  the	  cylinder	  (beam	  impact	  point)	  	  Solid	  Tungsten,	  450GeV	  Mercury,	  8	  GeV	  σ=1mm	  Energy	  DeposiVon	  –	  FLUKA	  SimulaVon	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   9	  HiRadMat	  beam	  -­‐	  440	  GeV/c	  -­‐	  0.1mm	  sigma	  Solid	  W	  and	  W-­‐Powder	  @	  450	  GeV	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   10	  σ	  =0.1	  mm	  σ	  =	  0.2mm	  σ	  =	  0.3mm	  σ	  =	  0.4mm	  σ	  =	  0.5mm	  W-­‐powder	  simulated	  as	  an	  air-­‐tungsten	  compound	  with	  density	  9gr/cm3	  Mercury	  @8	  GeV	  and	  W-­‐powder	  @450GeV	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   11	  Not	  the	  only	  possible	  combina1ons	  !	  	  Temperature	  increase	  in	  powder	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   12	    Through	  the	  rough	  formula	  	  Pressure	  of	  the	  air:	  	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   13	  3cm	  Outline	    MoVvaVon	  -­‐	  ScienVﬁc	  goals	    Experimental	  layout	    DiagnosVcs	    Planning	  –	  next	  steps	    Summary	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   14	  Experimental	  layout	  May	  5,	  2011	   Nikos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   15	  Experimental	  sampler	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   16	    2	  samples	  will	  be	  tested	  :	  	    W-­‐powder	   samples:	   two	   (basic	   +	   reserved),	   1cm	   diameter,	  30cm	  (tbc)	  long	    W-­‐beads	  :	  3	  mm	  diameter	  –	  proposed	  for	  EUROnu	  SB	  target	  	    A	   special	   sampler	   is	   being	   designed,	   containing	   the	  samples	  Beads	  sample	  Powder	  sample	  2	  Powder	  sample	  1	  Observa1on	  windows	  He	  container	  Experimental	  sampler	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   17	    The	  sampler	  will	  be	  aligned	  each	  Vme	  with	  the	  help	  of	  a	  motor	  with	  the	  beam	  line	  Observa1on	  windows	  Beam	  windows	  Experimental	  setup	  	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   18	  Shielding	  ObservaVon	  equipment	  Outline	    ScienVﬁc	  goals	    Experimental	  layout	    DiagnosVcs	    Planning	  –	  next	  steps	    Summary	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   19	  High	  speed	  cameras	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   20	    Based	  on	  previous	  experience,	  cameras	  	  of	  the	  kHz	  frame	  speed	  should	  be	  enough	    Installed	   behind	   a	   shielding	   in	   TJ7,	   in	   order	   to	   be	  protected	  from	  the	  prompt	  radiaVon.	    A	   triggering	   system	   of	   the	   camera	   with	   the	   beam	   will	  assure	  the	  accuracy	  of	  the	  observaVon	  Laser	  Vibrometers	  &	  Microphones	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   21	    Even	  if	  no	  visible	  eﬀect	  is	  there,	  we	  have	  to	  evaluate	  the	  shock	  wave.	    Through	   the	   mirrors,	   a	   laser	   vibrometer	   (LVB)	   will	   be	  installed	   in	   order	   to	   assess	   the	  possible	   vibraVon	  of	   the	  containers.	    Moreover,	   radiaVon-­‐hard	   microphones	   will	   record	   the	  sound	  of	  the	  beam	  impact,	  a	  well	  known	  technique	  used	  in	  the	  LHC	  collimators	  tests.	  Temperature	  increase	  	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   22	    The	  measurement	  of	   temperature	   is	   very	   important	   but	  diﬃcult	  task.	  	    A	   thermal	   camera	   for	   this	   purpose	   is	   being	   under	  consideraVon.	  Post	  irradiaVon	  analysis	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   23	    The	   post	   irradiaVon	   analysis	   of	   the	   samples	   will	   reveal	  possible	   changes	   in	   the	   shape	   or	   the	   beads	   or	   in	   their	  size.	    Of	  course,	  a	  signiﬁcant	  amount	  of	  cooling	  down	  Vme	  will	  be	  needed	  unVl	  the	  samples	  can	  be	  analyzed	  Outline	    ScienVﬁc	  goals	    Experimental	  layout	    DiagnosVcs	    Planning	  –	  next	  steps	    Summary	  May	  5,	  2011	   Nikoslaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   24	  Planning	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   25	    The	  preparaVon	  of	  the	  experiments	  is	  dependent	  on	  the	  LHC	  technical	  stops	    The	   iniVal	   planning	   of	   this	   experiment	   is	   for	   this	   year’s	  autumn,	  but	  it	  can	  also	  be	  performed	  at	  the	  beginning	  of	  next	  year.	  	    AGer	  the	  cooling	  down	  of	  the	  targets,	  the	  post-­‐irradiaVon	  analysis	  in	  a	  special	  facility	  (either	  on	  CERN	  or	  elsewhere)	  will	  reveal	  more	  structural	  informaVon.	  	  Summary	    We	   plan	   to	   perform	   a	   feasibility	   experiment	   for	  fragmented	   solid	   targets	   in	   HiRadMat/SPS	   as	   possible	  neutrino	  factory	  targets.	  	    2	   samples	   of	   fragmented	   targets	   (tungsten	   beads	   and	  powder)	  will	  be	  tested	  	    InstrumentaVon	   based	   on	   high	   speed	   cameras,	   laser	  vibrometers,	   thermal	   cameras	   and	   microphones	   will	   be	  used	  to	  evaluate	  the	  result	    Post-­‐irradiaVon	   analysis	   will	   reveal	   structural	   changes	  aGer	  the	  irradiaVon.	  May	  5,	  2011	   Nikos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   26	  Thank	  you	  !	  May	  5,	  2011	   Nikolaos	  Charitonidis	  -­‐	  CERN,	  EPFL	   27	  

Feasibility Experiment for a High Power Fragmented Solid Target in the HiRadMat Facility at CERN

http://infoscience.epfl.ch/record/170583/files/charitonidis_050511.pdf

Feasibility Experiment for a High Power Fragmented Solid Target in the HiRadMat Facility at CERN

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Infoscience - École polytechnique fédérale de Lausanne