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					                             Beams Department
Issue 2                                      NEWSLETTER                                                            August 2011




Inside This Issue                                                          Sécurité – Faites vous aider !
p. 1  Sécurité – Faites vous aider ! – BE Safety Unit                     La Sécurité est l’affaire de chacun, bien sûr. Mais
                                                                           cela ne veut pas dire que vous êtes seul à faire
p. 2  Les transformateurs de mesure de faisceau                           face aux questions de Sécurité. Nous, la Safety
         DC du LHC – Patrick Odier pour BI                                 Unit du Département, nous sommes là pour vous
                                                                           aider.
p. 4  Progress on CLIC Two-Beam Module (TBM)
         Development – Alexander Samoshkin, CMWG                           Nous pouvons vous apporter notre expertise dans
                                                                           différents domaines comme la sécurité générale,
p. 5  Safety Column – BE Safety Unit                                      la sûreté des installations, l’assurance qualité,
                                                                           mais aussi les formations en sécurité.
p. 6  BTE Desktop – Pierre Charrue, CO-IN
                                                                           Si vous avez la moindre question sur l’un ou
p. 7  Life in BE – Glenn Vanbavinckhove, ABP-LCU                          l’autre de ces sujets, vous pouvez bien
                                                                           évidemment nous contacter. Répondre à vos
                                                                           interrogations fait partie de notre travail, alors
                                                                           n’hésitez pas !
                                                                           Nous vous invitons d’ailleurs à consulter notre
                                                                           page web (https://espace.cern.ch/be‐dep/safety.aspx) où
                                                                           vous pourrez trouver les noms et les coordonnées
                                                                           des membres de la Section, des liens utiles et
                                                                           aussi des « safety tips ».
                                                                           Des « safety tips », vous en trouverez également
             IPAC’11 – BE Papers                                           dans chaque BE newsletter (dans celle-ci, il est
                                                                           question des EPI, voir p. 5). Si le sujet évoqué
 All   papers     and    posters      presented      by    BE              vous intéresse et que vous voulez en savoir plus,
 personnel at IPAC’11 in San Sebastián will be                             ou si vous avez une idée pour le prochain numéro
 made     available     on    a    dedicated      web     site             tenez-nous informés !
 (https://espace.cern.ch/be‐dep/Lists/IPAC111/AllItems.aspx) in            Enfin, si vous avez des suggestions sur comment
 the course of September.                                                  améliorer la Sécurité dans le Département et/ou
                                                                           les installations sous notre responsabilité,
                                                                           n’hésitez pas à nous en faire part. Nous serons
                                                                           plus que ravi de les prendre en compte !

                                                                           A bientôt !

                                                                                                    La Safety Unit du Département BE




                               The Newsletter does not necessarily reflect the views of the Beams Department 
                                        The contributions solely reflect the views of their author(s) 
Les transformateurs de mesure                                Le système d’interlock de protection de la ma-
                                                             chine (SMP – Safe Machine Parameters) utilise
de faisceau DC du LHC                                        également l’information du nombre de particules,
                                                             qui associée avec l’information de l’énergie du
Chaque faisceau du LHC est équipé de deux
                                                             faisceau, permet de déterminer l’état du drapeau
transformateurs de mesure de faisceau DC (DCCT
                                                             « Setup Beam » visible sur la page 1 du Vistar
pour DC Current Transformer en anglais ou en-
                                                             LHC (voir Fig. 2). L’état de ce drapeau contrôle le
core BCTDC pour Beam Current Transformer
                                                             masque de certains interlocks commandant
DC). Ces DCCT (voir Fig. 1), installés à environ
                                                             l’éjection d’urgence du faisceau : s’il est vert
150 mètres à la droite du point 4 situé près
                                                             (True) certains interlocks peuvent être ignorés, au
d’Echenevex, sont utilisés pour mesurer le courant
                                                             dessus d’une certaine intensité (1×1012 charges à
de faisceau moyen sur un tour machine. Du fait de
                                                             450 GeV, 3.1×1010 charges à 3500 GeV)  le dra-
l’infime variation de vitesse des particules au
                                                             peau passe au rouge (False) et plus aucun inter-
cours de l’accélération (c’est leur masse qui aug-
                                                             lock n’est masqué car le faisceau est considéré po-
mente) cela équivaut à mesurer le nombre total de
                                                             tentiellement dangereux pour la machine.
particules circulant dans la machine.
                                                             Les DCCT sont également utilisés pour la calibra-
                                                             tion croisée des transformateurs rapides (FBCT –
                                                             Fast Beam Current Transformer). Les FBCT sont
                                                             des transformateurs rapides permettant la mesure
                                                             du nombre de charges par paquet (bunch). Leurs
                                                             données sont nécessaires à la calibration des dé-
                                                             tecteurs des expériences.
                                                             La conception de l’ensemble, l’assemblage de la
                                                             mécanique (voir Fig. 3), la réalisation de
                                                             l’électronique, ainsi que la mise au point des
                                                             DCCT a été menée au sein de la section PI du
                                                             groupe BI en s’inspirant des DCCT réalisés de-
                                                             puis de nombreuses années pour les injecteurs. Le
                                                             logiciel de l’ordinateur « front-end » a été écrit et
                                                             mis au point dans la section BI-SW. La fabrica-
    Fig. 1 : Vue de deux des quatre DCCT installés au        tion de la mécanique, confiée aux ateliers du
                          point 4                            CERN, a fait appel à une grande variété de tech-
                                                             niques telles que des travaux d’usinage, de tôlerie,
Les données fournies par les DCCT sont très lar-             d’assemblage par brasage, soudure TIG ou par
gement utilisées pour le contrôle, la surveillance           bombardement électronique, de traitements ther-
et l’affichage de l’état du faisceau (voir Fig. 2).          miques et de surface, par exemple métallisation
                                                             ou dépôt de NEG (Non-Evaporable Getter).




                                                               Fig. 3 : Vue de l’intérieur d’un DCCT en cours de
     Fig. 2 : Page 1 du Vistar LHC affichant l’intensité              montage, les pièces blanches sont les
    des faisceaux, l’état du drapeau « Setup Beam » est                         tores magnétiques
      rouge (False) dans ce cas car l’intensité est trop
            grande pour autoriser le mode Setup




2                                        BE Department Newsletter                                         Issue 2
La bande passante requise pour les DCCT est               des essais sur un banc de test monté au labora-
comprise entre le continu (DC), pour la mesure de         toire. La particularité du LHC à cet égard est sa
faisceaux dégroupés, et quelques centaines                très grande circonférence impliquant une fré-
d’Hertz. Le principe des DCCT repose sur la               quence de révolution (11 kHz) inhabituellement
combinaison d’un transformateur conventionnel,            basse et proche de la bande passante souhaitée.
répondant aux variations de courant, et d’un dis-         Lorsque le comportement erroné a finalement été
positif à vanne de flux (flux gate), utilisé habituel-    reproduit en laboratoire la solution était trouvée. Il
lement dans les magnétomètres, pour répondre au           fallait modifier d’une part l’électronique de tête
courant DC. La vanne de flux consiste en deux             pour éviter des saturations à l’intérieur des
tores magnétiques conduits en saturation par une          boucles de contre-réaction (voir Fig. 4) et d’autre
source d’excitation alternative extérieure ainsi          part le circuit de pontage haute fréquence placé
qu’en un procédé de lecture par détection syn-            autours de l’anneau de céramique de la chambre à
chrone. Les signaux issus du transformateur con-          vide. La bande passante des signaux de diagnostic
ventionnel et de la vanne de flux sont additionnés        a en outre été augmentée pour permettre une meil-
pour produire un courant de contre-réaction pas-          leure surveillance du système. Ces modifications,
sant à l’intérieur du DCCT pour annuler l’effet du        implémentées en janvier 2011, ont porté leurs
faisceau sur celui-ci. Ce principe, appelé « zéro-        fruits, les anomalies constatées en 2010 ont dispa-
flux » garantit un fonctionnement linéaire du             ru malgré une augmentation significative du
DCCT. Quatre gammes sont disponibles simulta-             nombre de paquets injectés dans la machine.
nément pour couvrir la très grande dynamique re-
                                                          Les calibrations manuelles, répétées à l’occasion
quise : 5 ordres de magnitude entre les faisceaux
                                                          de chaque arrêt technique cette année, ont permis
probe (1 paquet de 3×109 charges) et ultime (2008
                                                          de constater une excellente stabilité de la sensibi-
paquets de 1.7×1011 charges). Pour s’assurer du
                                                          lité (en moyenne de 0.2%) de l’ensemble des
fonctionnement correct des DCCT, une procédure
                                                          gammes des quatre DCCT.
automatique de vérification des calibrations et de
correction des zéros (offset) est lancée avant            Un nouveau dispositif d’acquisition (ADC 24 bit)
chaque remplissage de la machine.                         est en cours de développement ; il permettra de
                                                          simplifier l’installation (une gamme unique au
Les DCCT ont été installés dans la machine en
                                                          lieu des quatre actuelles) tout en améliorant les
2008 et ont permis de visualiser les premiers fais-
                                                          performances, par exemple la résolution obtenue à
ceaux injectés dès septembre de cette année. Les
                                                          haute intensité.
performances obtenues ont été satisfaisantes et
conformes aux spécifications jusqu’à l’été 2010           Le banc de test du laboratoire doit encore être
où des signes d’anomalies liés à l’augmentation           amélioré pour simuler les caractéristiques des
de l’intensité du faisceau ainsi qu’au schéma de          faisceaux futurs (espace entre paquets de 25ns,
remplissage (filling pattern) ont été observés.           population par paquet jusqu’à 4×1011 charges) et
                                                          vérifier le bon fonctionnement des DCCT dans
                                                          ces conditions.
                                                          Le comportement des DCCT est maintenant très
                                                          satisfaisant et les performances obtenues sont con-
                                                          formes aux spécifications demandées.

                                                                                            P. Odier pour le Groupe BI



                                                            [1] D.Belohrad, S.Longo; P.Odier; S.Thoulet, “Mechanical Design
                                                            of the Intensity Measurement Devices for the LHC”, proceeding of
                                                            DIPAC’07, May 2007, Venice, Italy.
                                                            [2] P. Odier, M.Ludwig, S.Thoulet,: « The DCCT for the LHC
                                                            Beam Intensity Measurement », Proceedings of DIPAC09, May
                                                            2009, Basel, Switzerland.
                                                            [3] P. Odier, D. Belohrad, J.-J. Gras, M. Ludwig : «Operational
   Fig. 4 : Saturation du signal dans une boucle de         Experience and Improvements of the LHC Beam Current Trans-
                                                            formers », Proceedings of DIPAC11, May 2011, Hamburg, Ger-
  contre-réaction lors de la simulation d’un schéma
                                                            many.
    de remplissage particulier sur le banc de test

La compréhension de ce phénomène n’a pas été
chose aisée, il a fallu procéder à des simulations
électroniques en modélisant l’installation puis à


Issue 2                               BE Department Newsletter                                                            3
Progress on CLIC Two-Beam                                  addition, suitable pre- and alignment techniques
                                                           must be used. The CLIC Module components
Module (TBM) Development                                   must be aligned within a transverse and vertical
                                                           tolerance of 10 μm (RMS) along a 200 m sliding
CLIC is based on the two-beam acceleration
                                                           window. For stability reasons, the MB
method in which the RF power for sections of the
                                                           quadrupoles must stay independent of other
main beam is extracted from a second, low-
                                                           components and require self-governing supports,
energy, high-intensity electron beam (drive beam
                                                           which should combine both alignment and
– DB) running in parallel to the main beam (MB).
                                                           stabilization functions. BPMs are used for the
In the current design, he drive-beam regularly             measurement of the beam trajectory. For example,
powers two Accelerating Structures (AS) from               for the MB, the required time resolution is less
one Power Extraction and Transfer Structure                than 10 ns and the spatial one is 50 nm. A low
(PETS). For the construction of the two linacs it          pressure level, set to 10-9 mbar, is needed for
has been decided to proceed with a modular                 keeping the good beam quality.
design, and repetitive two-beam modules of a few
                                                           The construction of four prototype modules
types were defined. Each module contains up to
                                                           started at the end of 2010 with the aim of
four PETS, feeding two ASs each, and two drive-
                                                           validating the thermo-mechanical behaviour of the
beam quadrupoles, as a very dense lattice is
                                                           different systems and their integration. The
required for the low-energy drive beam. For the
                                                           program foresees a number of tests showing the
CLIC Conceptual Design Report (CDR) the
                                                           feasibility of the proposed solutions for the RF,
module length was fixed to 2010 mm. Space for
                                                           supporting, pre-alignment, stabilization and
quadrupoles in the main linac is made available
                                                           vacuum systems. The cooling system will comply
by leaving out two, four, six or eight ASs and
                                                           with the RF power dissipation which will be
suppressing the corresponding PETS. Therefore
                                                           simulated on one of the type 0 modules. The
five main types of module are needed. Module
                                                           current tests will continue until 2012 in a
type 0 contains only ASs and module types 1 to 4
                                                           dedicated laboratory. As there will be no beam,
contain the main beam quadrupole of variable
                                                           mock-ups of RF-structures and components
length, replacing thus from 2 to 8 ASs
                                                           without internal RF geometry are used.
respectively.
                                                           Nevertheless, real mechanical interfaces are kept
                                                           to demonstrate manufacturing and assembly
                                                           procedures, as well as real reference surfaces for
                                                           positioning and alignment, needing therefore the
                                                           same accuracy.




    Fig. 1: CLIC Module Type 1 integration layout
The TBM design has to take into consideration
the requirements for different technical systems.
The image above illustrates the overall layout of
the CLIC Module Type 1 as a result of the most
recent integration study. The main RF system
                                                                  Fig. 2: Two modules being assembled
components are the AS (active length 229 mm)
and PETS (active length 213 mm). The AS and                Two of these modules are being assembled in
PETS are installed on V-shaped supports mounted            building 169. Girders, linear actuators and
on dedicated girders. To fulfill the beam physics          associated cradles equipped with WPS sensors
requirements, the RF cavities of these components          and inclinometers have been already installed to
need ultra-high precision (of the order of 10 μm)          perform the required tests.
and therefore their manufacturing and assembly             Girders and other main components have been
have to be optimized to reduce the cost. In                supplied by three different companies to be able


4                                      BE Department Newsletter                                         Issue 2
to investigate different fabrication and assembly
methods. The dimensional control of all girders                    Safety Column
was successful and measured values were within
specification.
The module cooling system and its influence on                   « Les EPI : pensez-y ! »
the RF structures is also going to be tested in the
laboratory. Special heaters will be installed inside
the RF structures to simulate the power (about
7 kW per module) dissipated by the main
components.




                                                            
                                                               Equipements de Protection
 Stack of 8 accelerating structures for type 0 module                Individuelle
Transport is a part of the installation procedure
and therefore it has to be validated. A dedicated                Concrètement : qu’est ce que c’est ? 
transport representing the real conditions in the
tunnel will also be carried out. Special devices          Casques, lunettes, chaussures de sécurité, gants,
have been developed to allow keeping all the              protections auditives, masques, vêtements
components mutually fixed and to preserve their           protecteurs … Bref, tout ce qui peut vous protéger
integrity and pre-alignment.                              individuellement contre un danger.
A second generation of three additional modules,                               Quand ? 
taking into account the lessons learnt during the         Lorsque les protections collectives mises en place
string test study in the laboratory, are being            ne sont pas totalement suffisantes pour assurer
prepared for a future test with beam in the CLEX          votre sécurité. Lors de votre entrée dans un local
area of CTF3. These tests are scheduled from              ou un bâtiment, les EPI obligatoires sont indiqués
2012 to 2014.                                             par un panneau rond bleu.
This work is carried out in collaboration with                          Pour qui ? Pour tous ! 
several members of the CLIC module working
group and CTF3 committee.                                 Chacun doit porter les EPI nécessaires à sa
                                                          protection ! N'oubliez pas que les EPI sont là pour
                                  Alexander Samoshkin
                                                          vous protéger, pas pour faire plaisir aux gens de la
          for the CLIC Module Working Group (CMWG)
                                                          sécurité !
                                                           Pourquoi ? Pour garantir votre sécurité et votre 
                                                                 protection contre un risque donné. 
                                                          De gros efforts ont été faits par les fabricants pour
                                                          rendre les EPI confortables et jolis. N'hésitez pas à
                                                          regarder ce que le magasin CERN propose et
                                                          prenez le temps de choisir. Il est important que
                                                          vous vous sentiez le mieux possible en les portant !
                                                          Si vous avez besoin d’aide, contactez les Officiers
                                                          de Sécurité de notre département ou votre DSO ;
                                                          mais la première réflexion doit venir de vous !




Issue 2                               BE Department Newsletter                                               5
BTE Desktop Support                                       Here is a       short    FAQ     (Frequently    Asked
                                                          Questions):
In order to facilitate the task of the A&T sector         Q: Where is the Internet site?
end-user, to keep a good inventory of the installed       A: http://cern.ch/BTE-desktop
desktop equipment and to homogenize the
installation and the support, BE/CO has been              Q: What is the mail address of the service?
mandated by the A&T Sector Director to provide            A: BTE-desktop@cern.ch
desktop support to BE, TE and EN.
                                                          Q: Can I buy my PC directly to the CERN stores?
This service manned by 6 persons offers support           A: No, you have imperatively to go through the BTE-
for everything concerning desktop computing,              Desktop services
printers and conference rooms in the BE, TE and
EN departments, mainly for hardware matters.              Q : Who can give me the authorization to purchase a
The computers and equipment used for the                  new PC ?
operation of the accelerators are NOT covered by          A : You have to discuss with your section leader and
this support.                                             then obtain the authorization from the desktop budget
                                                          holder (see the list above)
The offered services are many and are proposed to
all members of the A&T sector who are allowed             Q : Can I purchase a MAC instead of a PC?
to contact the support directly via mail or               A : This decision is to be taken with your section
automatically from the Internet website. From the         leader/group leader.
website, it is easy to:
                                                          Q : Can I choose LINUX instead of Windows?
 Configure and purchase a new PC or MAC,                 A : This decision is to be taken with your section
    desktop or portable, a new screen or any accessory;   leader. The BTE-Desktop support installs the standard
 Request an upgrade of your equipment (more              versions from IT department (such as Win7, SLC5).
    RAM, change of hard-disk or install a new             Q : When shall I contact the IT Central Service Desk?
    graphic card, …);                                     A : The BTE-Desktop has to be contacted for all
 Signal a hardware problem on your PC or MAC;            hardware issues while the IT Central Service Desk
                                                          should be contacted for software problems (such as
 Contact the IT Central Service Desk;                    Windows or LINUX systems, NICE/DFS access, Mail,
 Move or remove an existing PC or MAC;                   EDH/HRT, your account/password, software suites
 Ask for an intervention on a printer.                   (Office, Adobe, …), …). In case of doubts, please
                                                          contact the BTE-Desktop first.
Specific forms are available to enter the details
needed such as your name, budget code, address                                             Pierre Charrue - CO-IN
of your office, name of the computer, description           Administrative Co-ordinator of the BTE Desktop Support
of the demand, …
In each group of the A&T sector, a person has
been mandated to handle the budgets used for
desktop equipment for each group, and that
person has to be consulted before each desktop
expense. For your information, here are the
BTE-desktop contacts and budget codes for the
BE department:
                                                                             Next Issue

    BTE Desktop Support Contacts                            The next issue will be published at the end of
                                                            November. Contributions for that issue should
    ABP   H. Burkhardt     Budget Code 61109                be received by the end of October at the
    ASR   N. Giguet        Budget Code 62609                latest.
    BI    L. Jensen        Budget Code 64609
    CO    P. Charrue       Budget Code 66609                Suggestions for contributions are always most
    OP    J. Nielsen       Budget Code 67609                welcome: simply contact a Correspondent (see
    RF    A. Cobas         Budget Code 69609                last page for their names).




6                                     BE Department Newsletter                                            Issue 2
               Life in BE
My journey at CERN started in 2007. I was a
technical student back then and was just starting
to find my way around accelerator physics. Two
years later, in 2009, I became a PhD student. And
now here I am: Steadily and resolutely marching
towards the end of my PhD. I am now definitely
(and delightfully) better acquainted with the field
of beam physics than I could have ever imagined.
The topic of my PhD is optics measurement and
correction for the LHC. Beam optics is the branch
of accelerator physics studying the solution of the      which is due to the thorough magnetic
trajectory of charged particle beams (e.g. proton        measurement campaign and resulting magnet
beams) under the effect of magnets like the dipole       sorting (i.e. installing the magnets in positions in
magnets (bending the beam) and the quadrupole            the ring minimizing the overall effect of magnetic
magnets (focusing of the beam).                          errors on the beam properties). The second step,
                                                         after local corrections, i.e. correcting locally the
The beta-function describes the variation of the
                                                         leading magnetic error sources in the triplets is
beam size at any position in the accelerators. The
                                                         represented by green dots. The third step, after
beam size at any place in the LHC can be
                                                         global corrections, shows an excellent result of
controlled by acting on the strength of the
                                                         beta-beats ~ 10%, is represented by blue dots.
quadrupole magnets installed. The optics of the
                                                         This result was achieved during the LHC beam
machine has been designed in such a way that the
                                                         commissioning in the beginning of this year and
beam size fits with sufficient clearance in the
                                                         has never been achieved in any other
magnet and vacuum chamber. The accuracy in the
                                                         superconducting hadron machine.
control of the beam size is important to maximize
the luminosity and to avoid beam losses due to           The commissioning periods for the LHC have
unwanted bottle necks. The observable used in            been an exciting journey for me. Before the start
our measurements is the normalized difference            of the LHC my knowledge of accelerator physics
between the measured and the model beta-                 was the result of book reading and work done in
function, called the beta-beat.                          the office. But after spending a substantial amount
                                                         of time in the CCC and “getting my hands dirty”
I started my PhD at a perfect time, right before the
                                                         in the field, I have gained practical knowledge. I
LHC start-up in 2009-2010. This allowed me a
                                                         now have a new-found respect for the thousands
year or two to develop some tools such as the
                                                         of people devoting their precious time and energy
graphical user interface for the beta-beat
                                                         to make the biggest scientific apparatus ever
measurement and correction [1] and to co-develop
                                                         constructed run smoothly, collaborating together
some new algorithms for the local correction of
                                                         towards pushing the frontiers of science. I am still
errors [2]. The developed algorithms allow the
                                                         in the early stages of my career and my
deterministic calculation of the corrections needed
                                                         experience with different machines is still limited,
to fit the machine closer to the design values.
                                                         but through diligence and a bit of luck, I have had
The optics is measured by introducing transverse         the opportunity to conduct optics measurements
oscillations, via the use of a transverse kicker. The    and corrections in RHIC, BNL. Having gathered
precise measurement of the beam position for a           experience from working with two large facilities,
number of consecutive turns is acquired at every         I can safely say that the LHC is impressively well
beam position monitor (BPM). For every BPM,              built and that the tools and instrumentation that
phases and amplitudes are extracted, from which          we have at our disposal are working
optics parameters e.g. beta-beat, are calculated.        magnificently. As I am nearing the end of my
The next figure shows an example of the beta-beat        PhD, this may also be the right time to thank all
at three different steps in the commissioning            the people who have helped or guided me on this
process. The beta-beat tolerance [3] for the LHC         journey, in one way or another.
is 15% (horizontal plane) and 19% (vertical                        Glenn Vanbavinckhove, PhD student - ABP-LCU
plane). The first step (red dots), is the beta-beat
before any corrections were applied. This already
                                                         [1] G.Vanbavinckhove et al., "Software Package for Optics
shows a good result in the horizontal plane.             Measurement and Correction in the LHC”, 1st International Particle




Issue 2                              BE Department Newsletter                                                            7
Accelerator Conference, Kyoto, Japan, 23 - 28 May 2010, CERN-
ATS-2010-092.
[2] M. Aiba et al., “First β-beating measurement and optics analysis
for the CERN Large Hadron Collider”, Phys. Rev. ST Accel. Beams
12, 081002 ,2009.
[3] S. Fartoukh and O.Brüning , “Field Quality Specification for the
LHC Main Dipole Magnets”, LHC-Project-Report-501, 2001.




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    Copy Editor                 L. Van Cauter-Tanner

    Editor                                 J.-P. Matheys




8                                              BE Department Newsletter   Issue 2

				
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