Horn - KEK

360
900
1400
Horn –current design-
1510
0.58 mH
2000
0.46 mH
Weight : ????
2500
0.48 mH
Comparison
BNL type v.s. ‘New horn’
BNL type
New horn
Strip Line
Maybe 4 strip lines for one horn.
(c.f. K2K 300mm wide 15mm thick aluminum plates.)
Heat Load from Radiation
Z
Al case
t=1.5mm
R
Water
t=5mm
30mmf
Graphite
r=1.8g/cm3
52mmf
In the graphite target, 57kJ/3.3E14 protons in total
Z
In total,
20kJ/3.3E14 protons = 6 kW @ 0.3Hz
(Joule’s heat 13kJ/ms)
cf. K2K heat load in the target from the current
= 1.4 kW
(surface area ~x 7)
R
Dt~19o
Inner cond.
Al t=3mm
前提
• 0.75MW対応を基本とし、4MWへ拡張可能とする。
• ホーン、ターゲットシステムは、K-arenaにならい上から釣る。
• ホーン、ターゲットの交換は完全リモートとする。
• ターゲット、ホーン、ビームの方向は、Off-Axis beam 2°~3°
に対応して変えられなければならない。(ただし変更は、しばし
ば行われるものではなく、<1/yr程度。)
•ホーン、ターゲットの修理をするならばホットラボが必要である。
Decay Volume coolingの機械室がターゲット・ス
テーション建屋内に必要
配管 25A 40本 (ただし0.75MW時に使うのは、この一部)
110m3/h, 2.9m3 for 4MW
C K2K Beam Channel G
K2K target station
Soil
Concrete
2nd Horn
Rail,
5-ton crane
Target & 1st Horn
3.7m 2.15
Decay Pipe
Ｉｒｏｎ
Beam
2.15
SK
17m
Stripline-2
Transformer1,2
Cave size (W3.7m, H3.8m, L17m)
Cave – Radioactive air is closed simplify.
Both transformers is set inside beam line.
Stripline-1 : 9.3m, (Cross section t15mmx320mm)
Stripline-2 :12.0m, (Cross section t15mmx320mm)
Y. Yamanoi –KEK February 4, 2003
Stripline-1
Top view
Target Station –Top View-
1.65
1.5
1.40
2.30
0.40
Z'
3.00
1.00
2.00
A
放射化物保管室
B
A
1.25
0.20
1.50
0.45
FV2
0.50
2.55
3.60
ターゲット・ステーション(地下レベル）
B
Target Station –Side ViewA
B
C
D
E
F
断面図
12.00
TS上屋
0.07mSv/h
for 1W/m
line
TP+11.8m(0.244mSv/h)
3.67
0.20
10.00
1.65
1.25
1.50
5.00
1.9
2.59
2.20 1.00
0.70
5.00
1.00
B
2.00
A
空隙（サービスエリア）
TP-1.1m
2.00
13.80
TP-1.1m
2.52
3.50
2.20
土盛り
5.50
6.50
ＧＬ=FL=TP+10.8m
A
B
TS cooling
r2
Q
r2
DT 
log
2
r1
(熱Qがr1の所で発生したと仮定)
r1
r1~1m
air
17GeV
1

 1.3 10 4 W/m
50GeV 20(m)
 80 W/m  K
Q  0.75MW 
iron
 Fe
Cylindrical model
DT  26 log r 2  18 @ r 2  r1  1m
 29@r 2  r1  2m
For 4MW,
DT  135 log r 2  55 @ r 2  r1  0.5m
 92@r 2  r1  1m
To protect horns, <80o is preferable.
Upgrade to 4MW
Al冷却
1 LW
2 A
1 3.5[m]
0.26 106 [ W ]

2 240[ W/mK ] 20[m]  0.2[m]  2
 240
DT 
0.2m
アルミ冷却と空調の併用で
3.5m
horn
0.26MW
なんとかならないか？
10.00
ISAC風？
TP+11.8m(0.244mSv/h)
土盛り
5.50
ＧＬ=FL=TP+10.8m
A
B
5.00
0.20
TP-1.1m
1.9
2.59
空隙（サービスエリア）
2.20
10.00
A
B
素朴な疑問/問題
完全リモートにするならば、Al板は、不必要？
放射線、空気閉じ込め、熱伝導体
完全リモートにするならば、Heは、不必要？
ホーンの捨て場はこれだけで十分か？
３ｍのバスバーごと捨てると厳しい？
コスト度外視メンテナンス・シナリオ
１年に１度のメンテナンス→ホットラボが欲しい。
TRIUMF ISAC Target Station
NuMI Target Hall
NuMI by J.Hylen
Beam line is below floor level
Temporary Stackup
of removed shielding
Steel from module middle
Concrete from over horn
Horn+Module in transit
Stripline
Concrete Cover
Module Support Beams
Horn Shielding Module
Horn
Beam passageway (chase)
is 1.2 m wide x 1.3 high
Steel Shielding
Air Cooling Passage
Concrete Shielding
NuMI by J.Hylen
Target and Horn Modules
NuMI module = 2 AP0 modules + cross-bracing walls
Motor drives for transverse
and vertical motion of carrier
relative to module
Target/Baffle
Module
25 cm wide, 2 m deep Steel endwalls
with positioning, water, electric feedthroughs
Horn 1 Module
Remote
Stripline
Clamp
Stripline
Baffle
Carrier
Water tank
Target
Horn 1
Target moves relative to
carrier for insertion into horn for L.E. beam
NuMI Target Hall
NuMI by J.Hylen
Lifting Table
in Hot Cell
NuMI by J.Hylen
Push horn or target up into module remotely –
5 degrees of motion
Each table has independent
vertical and transverse motion
Both tables
move together
along beam direction
Hot Handling Work Cell
NuMI by J.Hylen
Mount/dismount components on modules
Horn mechanical connection to module, remote stripline clamp,
waterline connection to horn, electrical connection to horn
are all done through the module by person on top of hot cell
Railing
Module
Lead-glass window
Horn
Remote lifting table
Concrete walls
3m
Lifting Fixture for Module
NuMI by J.Hylen
Remotely change pick point to match center of gravity
Teeth engaged at
center of gravity
for horn 1 pick
Teeth disengaged to enable
movement of hook relative
to lifting fixture frame
Lifting fixture
box frame
Module hook
Pins to engage module hooks
Hot Handling Dose
NuMI by J.Hylen
for hot horn replacement
Note 1 sievert = 100 rem

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