Acondicionamiento de acopladores y cavidades de radiofrecuencia para aceleradores de iones usados en instalaciones nucleares para el estudio de materiales para fusión

Abstract

La fusión nuclear es la fuente de energía del futuro y, para su desarrollo, el proyecto International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF)-DEMO Oriented Neutron Source (DONES) tiene como objetivo estudiar el comportamiento de los materiales de la primera pared de los futuros reactores comerciales, bajo unas condiciones de irradiación similares. IFMIF-DONES es una fuente de neutrones basada en el acelerador de partículas más potente del mundo, cuyas cavidades y acopladores de radiofrecuencia (RF) serán dispositivos de tecnología punta que trabajarán en condiciones nominales muy exigentes, debiendo ser previamente preparados mediante un complejo proceso denominado acondicionamiento. En esta tesis se aborda toda la problemática asociada al acondicionamiento y se presenta una propuesta para implementar el proceso de acondicionamiento de forma efectiva y segura. Para poder validar la propuesta experimentalmente, se han desarrollado una fuente de RF de alta potencia para suministrar la RF, un banco de pruebas de acondicionamiento para los acopladores del Superconducting Radiofrequency (SRF) linear accelerator (Linac) y una sala limpia para los procesos de ensamblaje. El tema central de esta tesis es la validación experimental de la propuesta mediante el acondicionamiento exitoso de los dos acopladores prototipo del SRF Linac de IFMIF, lo que permitió validar su diseño y comenzar la fabricación de la serie de ocho unidades para el Linear IFMIF Particle Accelerator (LIPAc). Esta serie de acopladores también fue acondicionada con éxito, mejorando los tiempos de ejecución de la propuesta original en casi un 30 %. Por otro lado, también en LIPAc, una adaptación de la propuesta sirvió asimismo para acondicionar con éxito las cavidades re-buncher y alcanzar el voltaje nominal en la cavidad Radiofrequency Quadrupole (RFQ). Tras el análisis de todos los resultados y la exposición de las distintas mejoras posibles para el acondicionamiento en el proyecto IFMIF-DONES, se propone un proceso completamente optimizado y se diseña un algoritmo de automatización, así como todo el hardware necesario. Por último, en las instalaciones de IFMIF-DONES será imprescindible contar con un laboratorio avanzado de acondicionamiento y, para ello, se ha elaborado una primera especificación técnica para el mismo, utilizando las lecciones aprendidas durante la tesis.