Dossier de Mise en Service Partielle de SPIRAL2 Phase 1. PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Sommaire

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2 Niv. 2 Page 2/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Sommaire 1 LISTE DES REFERENCES LISTE DES PLANS OBJET DU DOCUMENT DESCRIPTION DE L INSTALLATION SPIRAL2 PHASE 1 MISE EN SERVICE PARTIELLEMENT Introduction Description des ouvrages de bâtiment et de génie civil de SPIRAL2 Phase Blocs enterrés ou partiellement enterrés Blocs de surface Description du procédé SPIRAL2 Phase Introduction Description des équipements génériques du procédé Injecteurs Salle LINAC Casemate Arrêt faisceau LINAC Zone NFS Zone S Autres locaux de l installation SPIRAL Récapitulatif des locaux exploités pour la mise en service partielle de l installation SPIRAL2 Phase Description des utilités support au procédé Surveillance et conduite de l installation SPIRAL2 Phase Description des installations cryogéniques Distribution RF de l accélérateur linéaire de SPIRAL Le vide Description de la réfrigération du bâtiment SPIRAL2 Phase Description du réseau d air comprimé Inventaires radiologiques et chimiques de l installation SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Inventaires chimiques Inventaires radiologiques Description des protections biologiques de SPIRAL2 Phase Description du système de protection contre le risque X durant la phase de mise en service partielle Coffret de sécurité des accès aux locaux sources Système de gestion des accès dans le LINAC pendant la mise en service partielle Description du système de report des alarmes de SPIRAL2 Phase

3 Niv. 2 Page 3/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) 4.9 Description des installations de ventilation de SPIRAL2 Phase Présentation de la ventilation générale Présentation de la ventilation nucléaire d ambiance des locaux Présentation de la ventilation nucléaire procédés Emissaire de la ventilation nucléaire Surveillance et conduite Description des installations de protection incendie Système de détection incendie Autres équipements Description des alimentations électriques de SPIRAL2 Phase Architecture générale Architecture détaillée Description des installations de manutention, monte-charges et ascenseurs ECPE Description des autres installations Alimentation en eau potable Alimentation en gaz naturel Réseau d eaux usées Réseau d eaux pluviales Protection foudre Description des interfaces entre bâtiments de l INB ANALYSE DES RISQUES Présentation des risques Risques liés aux rayonnements ionisants Risques conventionnels d origine interne Risques conventionnels d origine externe Risques pour le personnel intervenant Risques liés aux rayonnements ionisants Présentation du risque Exigences de sûreté applicables à l installation vis-à-vis du risque d exposition aux rayonnements X Moyens de prévention Analyse des risques Moyens de surveillance et limitations des conséquences Risques conventionnels d origine interne Risque de dégagements thermiques liés aux faisceaux Risque incendie Risque d explosion d origine interne Risque d inondation d origine interne Risques liés à la manutention Risque lié à la perte de la fourniture en énergie Risques liés aux dysfonctionnements des systèmes de surveillance Risque lié à la perte de la fourniture en fluides... 98

4 Niv. 2 Page 4/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Risques liés à la perte d air comprimé Risques liés aux facteurs organisationnels et humain Risques liés à la co-activité Risques non nucléaires d origine externe Risques liés au séisme Risques liés au trafic aérien Risques liés à un incendie d origine externe Risque d inondation d origine externe Risques liés à des conditions météorologiques extrêmes Risque foudre Risques liés aux installations environnantes et aux voies de communication Risques liés à la sécurité du personnel Risque d électrisation Risque anoxie Risque de brûlure liée à la cryogénie Risques liés à la mise en œuvre de champs électromagnétiques Risques liés à l utilisation de produits chimiques Risque légionelle Risque de chute ADDITIFS AUX RGE Préambule Objet de la mise en service partielle Présentation des locaux Présentation des activités Présentation des équipements Conditions d exploitation Organisation de l Exploitant Domaine de fonctionnement de SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Produits mis en œuvre Ventilation Electricité Fluides Risque d exposition aux rayonnements X Maitrise des risques autres que radiologiques Système de conduite Conduite en situation normale Contrôle des produits mis en œuvre Surveillance de l'intégrité de la barrière d accès du local Conduite des fluides Gestion des effluents et des déchets Répertoire des procédures et consignes Conduite en situation dégradée ou incidentelle Procédés

5 Niv. 2 Page 5/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Fuite d eau Ventilations Détection incendie Perte d alimentation électrique Arrêt d urgence électrique Accès à la zone SPIRAL Fiches réflexes Déclenchement du PUI Etats de l installation SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Alerte légionelle Contrôle, essais périodiques et maintenance pendant les opérations de mise en service partielle Cadre général Maintenance Contrôles et essais périodiques Consignes particulières de sécurité Règles de sécurité relatives aux ECPE Règles relatives au risque d incendie Règles relatives au risque d explosion Règles relatives à l utilisation des appareils de manutention Règles relatives aux travaux sur installation électrique Règles relatives aux autres risques Gestion des consignations Consignes particulières de radioprotection Organisation générale Organisation opérationnelle Conduite à tenir en cas d événement à caractère radiologique Dispositions spécifiques concernant les travaux en zone contrôlée

6 Niv. 2 Page 6/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Table des illustrations Figure 1 : Représentation des blocs enterrés ou partiellement enterrés de l installation SPIRAL2 Phase Figure 2 : Représentation des blocs de surface de l installation SPIRAL Figure 3 : Schéma de principe de mise en service de l accélérateur linéaire (LINAC) Figure 4 : principe de mesure d énergie par temps de vol Figure 5 : sonde BTI-TOFF11 (à gauche) et sondes BTI-TOF12 et BTI-TOF13 (à droite) Figure 6 : photos de 2 dispositifs ACCT-DCCT sur SPIRAL Figure 7 : Schéma de l injecteur et locaux associés Figure 8 : Plan des lignes LBE de l accélérateur Figure 9 : Source d ions PHOENIX (en vert) Figure 10 : La source deutons Figure 11 : Schéma du corps de la source deutons Figure 12 : Représentation 3D du RFQ SPIRAL Figure 13 : tronçon 5 du RFQ SPIRAL2 en cours de contrôle dimensionnel Figure 14 : Vue d ensemble d un regroupeur Figure 15 : Plan du Banc de test Injecteur (BTI) Figure 16 : Photographie du Banc de test Injecteur (BTI) en cours de vérification d'assemblage Figure 17 : Section bas beta (ß=0,07) du LINAC supraconducteur, longueur m Figure 18 : Section haut beta (ß=0,12) du LINAC supraconducteur. Longueur m Figure 19 : Zone accélératrice de la cavité (coupe verticale dans le sens faisceau) Figure 20 : Représentation de deux cryomodules A et sections chaudes associées Figure 21 : Représentation de deux cryomodules B et sections chaudes associées Figure 22 : une partie des cryomodules A et B et boites à vannes et sections chaudes associées Figure 23 : principe de cheminement des servitudes vers le LINAC (trémie Hélium) Figure 24 : Schéma des lignes haute énergie (LHE) Figure 25 : zone NFS Figure 26 : configuration de la zone S Figure 27 : Implantation des composants de la cryogénie du LINAC Figure 28 : schéma fluide Boite à Vannes Figure 29 : Soupape de la BAV Figure 30 : distribution RF du LINAC Figure 31 : Schéma de principe des zones accessibles (hachurées bleu) lors du fonctionnement du RFQ et des regroupeurs Figure 32 : Arborescence de la ventilation nucléaire SPIRAL2 Phase Figure 33 : Asservissements entre automates de commande-contrôle de ventilation nucléaire d ambiance... 61

7 Niv. 2 Page 7/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Figure 34 : Courbe de la pseudo-accélérations (g) pour un amortissement de 5% en fonction de la fréquence (Hz) Figure 35 : Vue de dessus et vue en coupe des citernes incendie Figure 36 : Historique du niveau de la nappe à Saint-Contest Figure 37 : Carte piézométrique de la nappe des calcaires du Bathonien "Moyennes Eaux Figure 38 : Carte piézométrique de la nappe des calcaires du Bathonien "Hautes Eaux Figure 39 : suivi de la hauteur de la nappe phréatique sous le site du GANIL Figure 40 : coefficients de Montana utilisés pour le dimensionnement de l installation SPIRAL Figure 41 : Représentation de la méthodologie d analyse du risque foudre Figure 42 : Situation de l INB 113 par rapport à la route départementale RD Figure 43 : Surpression induite par une explosion de la chaufferie (hyp. 1) Figure 44 : Surpression induite par une explosion de la chaufferie (hyp. 2) Figure 45 : Organigramme fonctionnel relatif à l exploitation de SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Tableaux Tableau 1 : Paramètres de la source PHOENIX Tableau 2 : paramètres du LINAC Tableau 3 : liste des locaux mis en exploitation pour les besoins de la mise en service partielle Tableau 4 : Liste des éléments du système cryogénique du LINAC Tableau 5 : Soupapes de la boîte froide Tableau 6 : Soupapes des compresseurs de "cycle" Tableau 7 : Soupapes des compresseurs de récupération Tableau 8 : Soupapes du purificateur cryogénique Tableau 9 : Dispositifs de sécurité de la boîte à vannes Tableau 10 : Dispositifs de sécurité de la boite de distribution Tableau 11 : refroidissement et traitement d eau Tableau 12 : Alimentations électriques (livraison générale) Tableau 13 : Ponts roulants, potences et monorails mis en œuvre sur la Phase 1 du projet SPIRAL Tableau 14: Liste des combustibles liquides présents Tableau 15: Liste des combustibles gazeux présents Tableau 16: Liste des initiateurs présents sur l installation SPIRAL Tableau 17 : Volume de gaz explosif présent dans les locaux Tableau 18 : Types de zones ATEX identifiés sur l installation SPIRAL2 phase 1 mise en service partiellement Tableau 19 : Caractéristiques des ESP de l installation SPIRAL2 soumis à exigences de contrôles Tableau 20 : Alimentation Sans Interruption de l installation SPIRAL2 Phase Tableau 21 : Analyse des risques liés aux dysfonctionnements des systèmes de surveillance... 98

8 Niv. 2 Page 8/156 PROCESSUS DE RATTACHEMENT : Gérer la sûreté, la sécurité et les déchets (PS02) Tableau 22 : Etat de l installation SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement en cas de perte d'alimentation en eau Tableau 23 : Pseudo-accélérations (g) pour un amortissement de 5% en fonction de la fréquence (Hz) Tableau 24 : Mesure du niveau de la nappe phréatique à des ouvrages proches du GANIL Tableau 25 : Estimation via la carte piézométrique du niveau moyen de la nappe phréatique à des ouvrages proches du GANIL Tableau 26 : Bilan des niveaux hauts extrèmes de nappe estimés au site du GANIL Tableau 27 : Caractéristiques des niveaux de protection contre la foudre Tableau 28 : Synthèse du risque foudre sur le bâtiment SPIRAL Tableau 29 : Caractéristiques de la chaufferie principale Tableau 30 : Caractéristiques de la chaufferie restaurant Tableau 31 : Capacités contenant des gaz cryogéniques dans les locaux de SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Tableau 32 : Hypothèses pour la prise en compte du risque anoxie dans les locaux de l'inb Tableau 33 : Alimentations électriques de secours de l installation SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement Tableau 34 : documents d exploitation au PCD Tableau 35 : Liste des défauts répertoriés sur l installation SPIRAL 2 Phase 1 mise en service partiellement Tableau 36 : CEP relatifs à la maîtrise du risque incendie Tableau 37 : CEP relatifs aux moyens de levage et travail en hauteur Tableau 38 : CEP relatifs aux équipements sous pression et réservoirs à fluides cryogéniques Tableau 39 : CEP relatifs aux équipements électriques Tableau 40 : CEP relatifs à la ventilation et à l atmosphère des locaux Tableau 41 : CEP relatifs au risque radiologique Tableau 42 : CEP relatifs aux équipements de refroidissement Tableau 43 : CEP relatifs aux sécurités HT et HF Tableau 44 : Locaux SPIRAL 2 sectorisés Tableau 45 : consignes particulières de radioprotection sur SPIRAL2 Phase 1 mise en service partiellement

9 Niv. 4 Page 9/156 1 LISTE DES REFERENCES N REFERENCE TITRE [1] SSR/037 Etude déchets de l INB 113 [2] SSR/058 Règles Générales d Exploitation de l INB n 113 [3] SSR/048 Plan d Urgence Interne de l INB n 113 [4] EDMS I Dossier de conception de la ventilation nucléaire de SPIRAL2 Phase 1 [5] NT A Analyse de sûreté SPIRAL 2 phase 1 : Risque de chute d avions [6] D09A Défense extérieure contre l'incendie et rétentions - Guide pratique pour le dimensionnement des rétentions des eaux d'extinction (INESC-FFSA-CNPP)- Édition (août 2004) [7] SSR/SHS/02 Procédure de suivi de la DCC et des zones à risques [8] EDMS I Note d analyse du risque incendie de SPIRAL2 Phase 1 [9] SSR/SHS/228 Procédure de gestion des plans d évacuation [10] DIR/IS/115 Guide pour la rédaction des permis de feu [11] D9 «Défense extérieure contre l incendie» édité par INESC-FFSA-CNPP [12] EDMS I Etude ATEX SPIRAL2 [13] EDMS I Sécurité de l installation cryogénique du Linac [14] PH1_IES_021_NDC_01033 Note de calculs chute de charges [15] PH1-IES-021-NDC A Hypothèse séisme [16] PH1-IES-021-NTQ B Hypothèse et méthodologie de calcul du GC [17] RFS RFS I.1.a Dispositions de conception et d'exploitation à prendre à l'égard des risques liés aux chutes d'avions [18] BRGM FR Atlas hydrogéologique numérique du Calvados, Volet cartographique. [19] Relevé Relevé mensuel des piézomètres Projet SPIRAL 2 TECHNOSOL - 15 Février 2010 [20] PH1_ICI_011_NTQ_02505 Notice assainissement [21] PH1-ICI-012-NTQ Note pluviométrie [22] Arrêté Arrêté du 7 février 2012 fixant les règles générales relatives aux installations nucléaires de base [23] PH1_CEG_060_ETU_62001 Dossier foudre SPIRAL2 [24] SSR/SHS/146 Actions correctrices à entreprendre sur la réfrigération de l INB en cas de dépassement de seuil légionnelles [25] Guide Guide inter-exploitant d application du thème incendie de l arrêté du 31/12/99 modifié. [26] NT_30707_006 Etude technique foudre des installations SPIRAL2 phase 1 [27] PH1 CSO 040 FAM Fiche approbation matériel - tours de refroidissement [28] Décret Décret n du 7 mai 2012 autorisant la création de la phase 1 de l extension SPIRAL2 de l INB113

10 Niv. 4 Page 10/156 2 LISTE DES PLANS N Référence Intitulé (1) SSR-111-B Carte de localisation au 1/25000e (2) SSR-112-B Implantation générale du GANIL 1/10000e (3) I Plan général du site de GANIL (4) I Principaux bâtiments du GANIL (5) I Plan Général de l'inb 113 (6) SSR-125-B Répartition des stockages d'effluents et entreposage de déchets (7) SSR-129-B Implantation des équipements de lutte contre l'incendie (8) I Implantation des ECPE (9) SSR-131-B Schéma de principe de récupération des effluents liquides (10) SSR-138-B Schéma de principe de la distribution électrique alternative (11) SSR-139-B Schéma de principe de la distribution électrique secourue (12) SSR-140-B Schéma de principe de la distribution électrique des arrêts d'urgence (13) SSR-143-B Equipements de manutention (14) I Réseau d'alimentation en eau potable (15) I Réseau d'évacuation des eaux pluviales et des eaux usées (16) SSR 172-B Localisation des Protections radiologiques Génie civil et non génie civil de SPIRAL2 (17) I Implantation des équipements de secours extérieurs (18) I Implantation des équipements pour les secours extérieurs (19) SSR 224-A Schéma de principe de la réfrigération de SPIRAL2 (20) SSR 225-A Schéma de principe de la ventilation nucléaire de SPIRAL2 (21) SSR 226-A Schéma de principe de la ventilation générale de SPIRAL2 (22) SSR 229-A Implantation ligne faisceau locaux sources (23) I Implantation ligne faisceau LINAC (24) I Sectorisation incendie de SPIRAL2 (25) SSR 128-B Architecture générale du système de détection incendie

11 Niv. 4 Page 11/156 3 OBJET DU DOCUMENT Ce document fait partie de la Demande d autorisation de Mise en Service Partielle de l installation SPIRAL2 Phase 1. Il décrit les équipements faisant l objet de la demande de mise en service partielle et les autres équipements procédés mis en service technique, présente l analyse des risques associés, et présente les règles d exploitation applicables à l installation SPIRAL2 Phase 1 lors de cette phase de mise en service partielle. La demande de mise en service partielle porte sur le réglage de faisceaux d ions (hors deuton) dans les injecteurs (sources d ions et RFQ), jusqu à une énergie de 0,75 MeV/u. 4 DESCRIPTION DE L INSTALLATION SPIRAL2 PHASE 1 MISE EN SERVICE PARTIELLEMENT 4.1 Introduction L installation SPIRAL2 Phase 1 est implantée dans l INB 113, correspondant au Grand Accélérateur National d ions lourds GANIL (cf. plans (1), (2) et (3)). Cette phase de construction (Phase 1) a consisté en la réalisation des locaux suivants : injecteurs, accélérateur linéaire, salles d expériences AEL et locaux annexes pour les servitudes. Le décret du 7 mai 2012 autorisant la création de la Phase 1 de l'extension SPIRAL2 de l'accélérateur de particules (INB n 113) exploité par le GIE GANIL a été publié au Journal Officiel le 8 mai 2012 [28]. 4.2 Description des ouvrages de bâtiment et de génie civil de SPIRAL2 Phase 1 Le bâtiment de l installation SPIRAL2 Phase 1 est structuré autour de trois ensembles de locaux contigus : Les locaux injecteurs et accélérateur linéaire (LINAC), Les locaux des Aires Expérimentales du LINAC (AEL) : ceux-ci ne font pas l objet de cette demande de mise en service partielle, Les locaux annexes. Ce bâtiment est situé au nord-ouest des bâtiments de l installation d origine (cf. plans (4) et (5)). Le premier ensemble de locaux abrite les équipements du procédé qui permettent de produire, accélérer et transporter les faisceaux d'ions des locaux sources aux salles de physique du LINAC (salles AEL) ; le second permet d utiliser ces faisceaux pour les expériences. Le bâtiment SPIRAL2 Phase 1 est décomposé en : deux blocs entièrement enterrés (le bloc ACC 2/2 et le bloc NFS), quatre blocs partiellement enterrés (le bloc ACC 1/2, le bloc LHE, le bloc S 3 et le bloc Accueil qui est relié aux blocs LHE et S 3 par des poutres-voiles), cf. Figure 1, deux blocs de surface (le bloc ANN-utilités et le bloc ANN-ACC).

12 Niv. 4 Page 12/ Blocs enterrés ou partiellement enterrés NFS LHE S 3 Accueil ACC 2/2 ACC 1/2 Figure 1 : Représentation des blocs enterrés ou partiellement enterrés de l installation SPIRAL2 Phase 1 Le bloc ACC 1/2 est un ouvrage composé de 2 niveaux enterrés et un niveau superficiel. Ses dimensions hors tout sont de m x m et sa hauteur est de m sur acrotère. Les niveaux des planchers sont : Niveau du radier (niveau -2) : m, Niveau 1 : m, Niveau + 0 : m, Toiture terrasse : m. Le niveau bas (-2) contient les locaux des sources d ions et une partie de la salle LINAC. Les niveaux supérieurs contiennent des locaux de servitudes, de stockage de matériels et de préparation/maintenance des équipements. Le bloc ACC 2/2 est un ouvrage entièrement enterré. Ses dimensions hors tout sont de m x 9.40 m et sa hauteur est de 7.20 m. Les niveaux des planchers sont : Niveau du radier : m, Niveau de la dalle de couverture : m (dalle enterrée non exploitable). Ce bloc correspond essentiellement à la majeure partie de la salle de l accélérateur (RFQ et LINAC). Le bloc LHE est un ouvrage composé d un niveau enterré et de 2 niveaux partiels superficiels. Ses dimensions hors tout sont de m x m et sa hauteur est de m sur acrotère. Les niveaux des planchers sont : Niveau du radier (-2) : m, Niveau -1 : -3.00m (dalle enterrée non exploitable), Niveau + 0 : m,

13 Niv. 4 Page 13/156 Niveau +1 : m, Toiture terrasse : m. Le niveau -2 correspond au local renfermant les lignes haute énergie (LHE) et la salle convertisseur de NFS. Le niveau 0 correspond à des locaux de servitudes. Le niveau +1 correspond aux locaux nécessaires à la ventilation nucléaire des bâtiments SPIRAL2. Le bloc NFS est un ouvrage entièrement enterré. Ses dimensions hors tout sont de m x 7.20 m et sa hauteur est de 5.20 m. Les niveaux de ce bloc sont les suivants : Niveau du radier : m, Niveau de la dalle de couverture : m (dalle enterrée non exploitable). Ce bloc correspond à la salle «Temps de vol» de NFS. Le bloc S 3 est un ouvrage composé de un à trois niveaux enterrés et d une partie superficielle sur 1 ou 2 niveaux. Ses dimensions hors tout sont de m x m et sa hauteur est de m sur acrotère; les niveaux des planchers sont : Niveau du radier : m, Niveau -2 : m, Niveau -1 : -3.00m (dalle enterrée non exploitable à l exception de l extrémité Est), Niveau + 0 : m, Niveau +1 : m, Toiture terrasse : m. Le bloc Accueil est de dimensions hors tout m x m et sa hauteur maximale est de 5.70 m (par rapport au niveau m). Ce bloc comporte un joint de dilatation séparant la structure en 2 sous-blocs. Ces sous-blocs sont appuyés sur le bloc S 3 et sur le bloc LHE par l intermédiaire des poutres voiles. Une épaisseur de remblais est placée entre les blocs, sur la dalle de couverture des blocs S 3 et LHE, et permet d assurer les exigences demandées en termes de protection biologique. L intégralité des éléments structuraux de ces bâtiments est en béton coulé en place. Les blocs sont indépendants, séparés par des joints de 10 cm vides de tout matériau pour se prémunir contre les risques d interférence structurelle entre ouvrages sous l effet d'un séisme. Les voiles externes, encastrés dans les radiers, reprennent les poussées dues aux remblais, aux surcharges sur ces remblais et aux contraintes amenées par les bâtiments adjacents fondés superficiellement. Ces voiles sont dimensionnés sans poussée hydrostatique, les infiltrations étant considérées comme drainées constamment durant l intégralité de la vie de l ouvrage. Les dalles ont été réalisées en béton armé coulé en place. Leurs épaisseurs ont été déterminées afin de reprendre les charges auxquelles elles sont soumises (équipements matériels, poids des terres en particulier) et de répondre notamment aux exigences de protection biologique. Ces dalles, encastrées sur les voiles, ont été réalisées sans nervures (faces intérieures des locaux) afin de simplifier les éventuelles opérations de décontamination. Les bâtiments enterrés sont protégés des infiltrations d eau (lame d eau au toit des calcaires) par un complexe d étanchéité (géomembrane). Ce dispositif est complété par un dispositif drainant permettant de capter les éventuelles circulations d eaux souterraines et eaux pluviales infiltrées (base drainante en sous-face de radier,

14 Niv. 4 Page 14/156 matériaux drainants en périphérie des fouilles). Les éventuelles eaux drainées sont collectées dans des puits de pompage situés en périphérie des blocs et rejetées au réseau en surface Blocs de surface Les blocs de surface sont au nombre de 2 (Figure 2) : ANN-utilités. ANN-ACC. L intégralité des éléments structuraux de ces bâtiments est en béton armé coulé en place. Le bloc ANN-utilités correspond aux équipements permettant la distribution électrique et la réfrigération du bâtiment et des équipements de la Phase 1 de SPIRAL2. Le bloc ANN-ACC correspond à la zone du liquéfacteur, aux servitudes RF du RFQ et du LINAC et à une zone de tests et maintenance des cryomodules. Le bâtiment ANN-ACC est un bâtiment de surface en béton armé à un seul niveau. Les dimensions hors tout sont d environ m x m et sa hauteur est de 8.50 m (hors fondations). Il se compose d un radier superficiel et d une toiture en béton armé. Le contreventement est assuré par les voiles béton armé. Il est dissocié du bloc enterré ACC 2/2. Le bâtiment ANN-utilités est un bâtiment de surface en béton armé à un seul niveau. Les dimensions hors tout sont de m x m et sa hauteur est de 4.90 m (hors fondations). Ce bâtiment est fondé sur des semelles filantes et se compose d un dallage, de voiles de contreventement et d une toiture en béton armé. ANN-ACC ANN-utilités Figure 2 : Représentation des blocs de surface de l installation SPIRAL2 Le bâtiment SPIRAL2 Phase 1 est constitué de blocs indépendants entre eux. Il y a cependant des liaisons par les traversées faisceau et/ou par certaines traversées de servitudes entre blocs. Différentes servitudes relient les blocs entre eux, notamment les blocs ANN-utilités et ANN-ACC sont reliés aux zones procédés par des traversées horizontales et verticales, des caniveaux techniques, des chemins de câbles.

15 Niv. 4 Page 15/ Description du procédé SPIRAL2 Phase Introduction L accélérateur linéaire (LINAC) de l installation SPIRAL2 Phase 1 a pour vocation d accélérer des faisceaux à des énergies intermédiaires (jusqu à 14,5 MeV/u pour des ions carbone et des ions de masse supérieure, 20 MeV/u pour des deutons et 33 MeV/u pour des protons). Outre une intensité supérieure, l installation SPIRAL2 Phase 1 offre une gamme étendue vers les ions légers (protons, deutons, hélium), l installation GANIL d origine n accélérant que les masses supérieures ou égales à 12. Les intensités accélérées peuvent notamment aller jusqu à 5 ma pour les faisceaux de deutons et 1 ma pour les ions de masse supérieure ou égale à 12. Le procédé de production et d accélération de l installation SPIRAL2 Phase 1 se compose des équipements principaux suivants : Deux sources distinctes, une pour les ions légers (protons, deutons ) d une part («source deutons»), et une pour les ions plus lourds («source q/a=1/3») d autre part. Ces sources sont de type ECR (Electron Cyclotron Resonance). Ces deux sources peuvent être utilisées pour accélérer un faisceau dans le LINAC. Les deux sources peuvent fonctionner en parallèle, mais l'injection et l'accélération dans l'accélérateur ne peuvent qu'être en alternance. Les ions sont extraits à une tension maximale de 60 kv donc à une énergie maximale de q*60 kev, q étant leur état de charge. Un quadrupôle radio-fréquence (RFQ). Ce premier étage d accélération sert aussi à grouper les ions en «paquets» qui seront accélérés par le LINAC. L énergie de sortie du RFQ est de 0,75 MeV/u (par nombre de nucléons). Un accélérateur linéaire constitué de cavités accélératrices supraconductrices, réparties en 2 familles incluses dans les cryomodules de type A et B respectivement. L énergie en sortie du LINAC sera comprise entre 0,75 MeV/u et 33 MeV/u. Des lignes «haute-énergie» qui permettront de distribuer le faisceau vers l'arrêt faisceau du LINAC ou dans les salles d expérience S 3 et NFS (les AEL). Un arrêt faisceau destinataire du faisceau pendant la phase de réglages et d attente de fourniture aux AEL. Cet arrêt faisceau est dimensionné pour une puissance faisceau de 200 kw. Des salles d expériences AEL, S 3 et NFS. Dans le cadre de ce dossier de mise en service partielle, les limites d exploitation suivantes sont appliquées : Les faisceaux sont physiquement arrêtés avant injection dans le LINAC, et ne dépassent donc pas 0,75 MeV/u. Pour la période de mise en service partielle, la ligne LME est réduite aux équipements permettant de conduire et d'arrêter le faisceau sur un ensemble de diagnostics, qui constitue le Banc de Test Injecteur (BTI). Les faisceaux de deutons ne sont pas réalisés. Les éléments chimiques utilisés dans les sources d ions pour produire les faisceaux sont des éléments stables. Les salles AEL ne peuvent pas recevoir de faisceau. Les cavités accélératrices des cryomodules du LINAC ne sont pas alimentées en haute fréquence, mais sont mises en froid cryogénique. Le procédé n utilise pas de sources radioactives dans la phase de mise en service partielle. Il n est pas utilisé de cibles radioactives. La Figure 3 permet d avoir une vision plus précise de l agencement des différents équipements constituant l accélérateur.

16 Niv. 4 Page 16/156 (NFS) Zone mise en service faisceau Zone faisant l objet de la mise en service partielle : mise en service faisceau Zone mise en froid cryogénique Zone ne relevant pas de la demande de mise en service partielle : installation et tests d équipements et mise en froid cryogénique Zone ne relevant pas de la demande de mise en service partielle : Zone non mise (S3) en service installation et tests d équipements Figure 3 : Schéma de principe de mise en service de l accélérateur linéaire (LINAC) Description des équipements génériques du procédé Diverses familles d équipements du procédé sont «génériques» et mises en œuvre de façon répétée dans la machine afin de remplir la fonction qui leur est dévolue Equipements de guidage et de focalisation Le guidage et la focalisation des faisceaux SPIRAL2 Phase 1 sont assurés respectivement par des dipôles et quadripôles magnétiques. Les dipôles et quadripôles magnétiques sont des électroaimants à courant continu, dont le champ maximal est limité par la saturation magnétique du fer. Les bobines d excitation principales sont en cuivre creux refroidies à l eau. La pression maximale de l eau de refroidissement est limitée à 15 bars. La pression, la température et le débit de l eau de refroidissement sont contrôlés en permanence sur le collecteur de sortie. La focalisation peut aussi être assurée par des solénoïdes magnétiques. Ces équipements à champ magnétique axial sont constitués de bobines en cuivre et de fer. Ils sont refroidis à l eau dé-ionisée Chambres à vide La chambre à vide est une enceinte fermée à l intérieur de laquelle le faisceau circule. Elle est en grande partie constituée par un tube de l ordre de 60mm à 140mm de diamètre, sauf dans les dipôles où elle épouse la forme de l entrefer. De place en place sont insérées des boîtes de forme diverse contenant des équipements variés. Il s agit généralement de diagnostics de faisceau décrits ci-dessous. Tous les cinq mètres environ, se trouve un piquage pour le raccordement à un groupe de pompage assurant un vide de l ordre de 5x10-5 Pa. Des jauges à vide, réparties le long de la ligne, contrôlent en permanence la pression. L ensemble de la chambre à vide est subdivisé en tronçons qui peuvent être isolés entre eux à l aide de Vannes d Isolement (VI). Ces dernières, lorsqu elles sont fermées, sont protégées de l impact possible du faisceau par un arrêt faisceau mécanique placé en amont.

17 Niv. 4 Page 17/ Fentes à joues réglables Dans les lignes basse énergie (avant le RFQ) sont placées des fentes à joues réglables, dont le rôle est de diaphragmer le faisceau. Les joues de ces fentes sont des blocs de cuivre, si nécessaire refroidis par un circuit d eau et protégés de l impact des ions par des plaques de tungstène ou de tantale Arrêts faisceau Des arrêts faisceau sont présents dans les lignes basse énergie. Un arrêt faisceau est constitué d un bloc d arrêt (par exemple en cuivre), refroidi par un circuit d eau, qui peut être disposé sur le trajet du faisceau pour arrêter celui-ci. Le déplacement des arrêts faisceau est réalisé par de l'air comprimé. En cas de perte de l'air comprimé, les arrêts faisceau se positionnent en situation de sécurité (position EN) par attraction du vide dans la ligne de transfert Diagnostics faisceau Les diagnostics faisceau servent à déterminer les caractéristiques du faisceau : la position du centre de gravité des faisceaux, les profils transverses et longitudinaux du faisceau, l énergie des faisceaux, l intensité des faisceaux, la phase et l extension en phase des faisceaux, l émittance transverse des faisceaux. Ils sont de deux types : les uns acquièrent l information sans perturber le faisceau, les autres sont introduits pour effectuer la mesure. Dans ce dernier cas, ils interceptent tout ou partie du faisceau. Les sondes dites interceptives sont, si nécessaire, refroidies Mesure de la position du centre de gravité du faisceau La position du centre de gravité des faisceaux est, dans les lignes, déduite des mesures de profils donnés par les profileurs à Emission Secondaire (décrits ci-dessous). Dans le LINAC, des Moniteurs de Position du centre de gravité (BPM) du faisceau, de type électrostatique, seront employés pour réaliser cette mesure. Ces moniteurs sont constitués d électrodes qui forment avec le tube à vide un condensateur. Lors du passage du faisceau, l électrode se trouve chargée par influence électrostatique. La position du centre de gravité du faisceau est déduite par un calcul dont les facteurs correspondent au nombre de charges déposées sur ces électrodes. Jusqu à deux BPM peuvent êtres installés sur le Banc de Test Injecteur (BTI) Mesure des profils transverses (horizontal et vertical) du faisceau Cette mesure est réalisée par des profileurs à fils insérables dans le faisceau par des propulseurs pneumatiques. Le capteur de ces profileurs est constitué de plans de fils de tungstène qui interceptent une partie du faisceau pendant la mesure. Ils ne fonctionnent donc qu en régime pulsé des accélérateurs à faible cycle utile. Jusqu'à deux profileurs de ce type sont installés sur le BTI. Il existe aussi des profileurs qui fonctionnent sur l interaction du faisceau avec le gaz résiduel présent dans les chambres à vide provoquant une ionisation de celui-ci. Ces profileurs récupèrent les ions ainsi formés sur une galette multi-canaux. Ces profileurs n'interceptent pas de faisceaux. Un profileur de ce type est par moment installé sur le BTI.

18 Niv. 4 Page 18/ Mesure de l énergie des faisceaux Le système appelé TOF permet de mesurer l énergie du faisceau. Il est composé de trois sondes (cf. Figure 4 et Figure 5) non interceptives sensibles au champ électrique des paquets du faisceau. Le principe consiste à mesurer le temps (T 12 et T 23) mis par les paquets du faisceau pour aller d une sonde à l autre à partir de la phase des signaux issus des capteurs. La vitesse du faisceau est ensuite calculée à partir de ce temps de vol et de la distance mesurée entre les sondes (L 12 et L 23). Un dernier calcul permet de connaître l énergie du faisceau à partir de sa vitesse et de la masse des ions accélérés. L 23 L 12 L acc Faisceau TOF11 T acc T 12 TOF12 T 23 TOF13 Figure 4 : principe de mesure d énergie par temps de vol Figure 5 : sonde BTI-TOFF11 (à gauche) et sondes BTI-TOF12 et BTI-TOF13 (à droite) Un TOF est installé sur le BTI. Les BPMs du Linac permettent aussi ce type de mesure en associant trois BPMs consécutifs Mesure de l intensité des faisceaux Des coupelles de Faraday équipent les lignes basse énergie (ligne ions, ligne deutons et dans la section commune) et le BTI. Un transformateur de courant continu DCCT (Figure 6) et un transformateur de courant alternatif ACCT mesurent en continu l intensité des courants de faisceau sur le BTI. Les DCCT permettent de mesurer des faisceaux continus et hachés. Les ACCT permettent de mesurer uniquement des faisceaux hachés, avec des temps de réponse courts (possibilité de mesurer les fluctuations rapides) et des seuils bas de mesure inférieurs aux DCCT. L utilisation des deux diagnostics apporte conjointement précision, rapidité et fiabilité. La mesure effectuée permet, par le contrôle de l intensité, de surveiller la puissance du faisceau.

19 Niv. 4 Page 19/156 A.C.C.T : capteur et électronique associée D.C.C.T : 2 capteurs et électronique associée Figure 6 : photos de 2 dispositifs ACCT-DCCT sur SPIRAL Mesure de la phase et de l extension en phase des faisceaux La mesure de phase est effectuée de manière non destructive par les BPMs (cf ) qui donnent une réponse par comparaison en phase avec le signal haute fréquence de référence et celui des cavités. La mesure de l extension en phase n intéresse que les sections dans lesquelles le faisceau est regroupé. Une coupelle de Faraday dite «rapide» mesure la structure temporelle du "paquet" de particules dans le BTI. Des détecteurs non interceptifs (Fast Current Transformer : FCT) ou interceptifs (Beam Extension Monitors -BEM) peuvent également donner une mesure de la longueur des paquets. Cinq BEMs sont installés dans les cinq premières mailles du Linac. Le principe de fonctionnement et de mesurer l'interaction du faisceau sur un fil de tungstène par mesure temporelle des rayonnements X de très faible intensité émis par le fil Mesure de l émittance transverse des faisceaux Des dispositifs appelés émittancemètres de type "scanner", également appelés émittancemètres "Allison", équiperont les lignes basse énergie et moyenne énergie. Dans les lignes basse énergie, ces émittancemètres peuvent supporter la puissance du faisceau en régime continu. Jusqu'à deux d'entre eux seront installés sur le BTI.

20 Niv. 4 Page 20/ Injecteurs Les premiers locaux du LINAC (bloc ACC 1/2) constituent la zone «injecteur». L injecteur est composé des éléments suivants (plan (22)) : Source deutons et source ions "q/a = 1/3", Lignes Basse Energie (LBE), Accélérateur linéaire de type RFQ (Radio Frequency Quadrupôle), Ligne Moyenne Energie (LME). La Figure 7 représente les équipements de l injecteur et leur ordonnancement. La zone injecteurs est desservie par un escalier et un ascenseur monte-charges. Figure 7 : Schéma de l injecteur et locaux associés Il est important de noter que les lignes de transport, le RFQ et les conditions d exploitation ne permettent pas l accélération simultanée de faisceaux issus de la source «deutons» et issus de la source d'ions "q/a=1/3" dans le RFQ. Par contre, des tests utilisant le début de ligne LBE d une des sources ECR (et l arrêt faisceau correspondant) peuvent avoir lieu pendant que l autre source ECR produit un faisceau accéléré dans la machine. Il est aussi prévu la possibilité d'un accès au local d une des sources pendant que l autre est en exploitation. Ces accès sont gérés par des coffrets de sécurité similaires. LBEC LBE1 LBE2 Figure 8 : Plan des lignes LBE de l accélérateur

21 Niv. 4 Page 21/ Salle source q/a=1/3 La source utilisée dans cette salle est de type ECR. Elle a pour objet de produire des ions multichargés, de rapport charge/masse (q/a) autour de 1/3. Le principe de fonctionnement de cette source consiste à générer, au moyen d une onde électromagnétique UHF (Ultra haute fréquence), un plasma (mélange d ions et d électrons) au sein de la chambre à plasma. Les électrons du plasma chauffés par l onde haute fréquence acquièrent par résonnance cyclotronique électronique une énergie élevée permettant la production d ions à hauts états de charge. Le champ magnétique de confinement permet de générer la condition de résonnance et de garder les ions piégés suffisamment longtemps pour obtenir l état de charge désiré. La chambre à plasma est portée à un potentiel électrique statique positif, et les ions soumis au champ électrique aux moyens des électrodes d'extraction percées sont accélérés vers les lignes de transports. La dernière électrode est au potentiel de la terre. La source installée est de type "Phoenix" (Figure 9). L intensité des faisceaux Q/A=1/3 est d autant plus élevée que le champ magnétique, la fréquence et la puissance UHF sont élevés. Figure 9 : Source d ions PHOENIX (en vert) La source PHOENIX est composée des équipements suivants: Un générateur Ultra Haute Fréquence (UHF) qui délivre une ou deux fréquences (18 et 28 GHz) avec une puissance maximum de 2,4 kw, afin d alimenter la zone de résonance (ECR) et de fournir la puissance nécessaire pour permettre la formation du plasma. Une chambre à plasma. Une structure magnétique, permettant d assurer le confinement du plasma, dotée : o D un ensemble de 3 solénoïdes refroidi à l eau dé-ionisée (confinement axial du plasma). o D un hexapôle à aimants permanents (confinement radial du plasma). Un disque polarisé négativement en vis-à-vis du plasma de la source, permettant de favoriser la production des ions. Des pompes turbo moléculaires couplées à un étage primaire (pompe primaire), qui assurent le pompage du plasma vers l extérieur de la chambre. Des isolateurs haute tension (HT) (Capots, alumines, DC Breaker), qui permettent d amener le potentiel du générateur UHF à celui de la source. Des vannes d isolement, afin de permettre la maintenance de la source (contrôle, nettoyage en cas de production d ions métalliques). Une petite plateforme HT permettant de porter la source au potentiel maximum de 65kV, assurant au faisceau extrait l énergie 20 kev/a (pour q/a=1/3). Un four amovible pour la production des faisceaux métalliques.

22 Niv. 4 Page 22/156 Une bouteille de gaz support (Hélium, oxygène, ). Une bouteille de gaz principal (Ne, Ar, ), lorsque le faisceau est issu d un gaz. Il est à noter qu avec ce type d ions à 20 kev/a il n y a pas de réactions nucléaires. Les paramètres de la source sont donnés dans le Tableau 1 suivant : paramètres Valeurs nominales tension d accélération max 65 kv Fréquence UHF 18 Ghz Puissance UHF 1 à 2,4 kw Tableau 1 : Paramètres de la source PHOENIX La source PHOENIX et la ligne d analyse associée ont fait l objet de validations au laboratoire LPSC de Grenoble, préalablement à son installation dans SPIRAL2. La salle «q/a=1/3» reçoit également la première partie de la ligne basse énergie LBE1 (la seconde partie se situe dans la salle deutons). Le rôle de cette ligne est la sélection du faisceau d intérêt (sélection de l état de charge 6+ du faisceau d oxygène par exemple) et sa transmission vers le RFQ. Cette ligne peut être décomposée en 3 parties : la section de préparation faisceau, la section d analyse et d achromatisme, et la section de transport. Le vide est assuré par des pompes turbomoléculaires. La section de préparation du faisceau a pour fonction de mettre en forme («focaliser») le faisceau sortant de la source afin de permettre son analyse. Elle est composée des équipements suivants : Des éléments magnétiques permettant la focalisation : un solénoïde et un ensemble de trois quadripôles (triplet). Trois fentes de "nettoyage", qui ont pour rôle de trier en interceptant les particules les plus éloignées de la valeur q/a souhaitée et faciliter la séparation du faisceau d intérêt. Un diagnostic de type coupelle de Faraday, permettant de mesurer le courant total extrait. Un refroidissement par les systèmes d eau sous pression (8 et 15 bars), des équipements de la ligne de transport. Une chambre à vide dotée de piquages et d une vanne d isolation. La section d analyse et d achromatisme a pour fonction de séparer efficacement en rapport (charge/masse) les différents ions provenant de la source afin de ne conserver que l ion d intérêt. Cette section est composée des équipements suivants, situés pour partie dans la salle «q/a=1/3» et pour partie dans la salle deutons : Des éléments magnétiques : deux dipôles, un triplet de quadripôles, deux hexapôles, refroidis par les circuits d eau sous pression. Une fente de tri, permettant la sélection du faisceau souhaité. Des diagnostics : des profileurs, un jeu d émittancemètres (1 horizontal, 1 vertical), une coupelle de Faraday. D un arrêt faisceau, permettant d arrêter le faisceau dans la ligne LBE1. La section de transport a pour fonction d'emmener le faisceau jusqu'à la section suivante, tout en minimisant l extension radiale du faisceau. Elle est composée des équipements suivants, situés en salle deutons : Des éléments magnétiques : deux triplets de quadripôles. Des diagnostics : profileurs. Les murs du local de la source «Q/A=1/3» assurent la fonction de protection biologique en fonctionnement, visà-vis du risque X.

23 Niv. 4 Page 23/156 L accès au local source est géré par un coffret de sécurité, et a pour fonction d assurer la sécurité des personnes vis-à-vis des risques de rayonnement X et des risques électriques haute tension. L accès n est possible que lorsque la puissance UHF et la haute-tension sont toutes deux coupées. En conséquence, le coffret n autorise le démarrage de la UHF et de la HT qu après vérification de l absence de personne dans le local (retour d état de ronde effectuée), et sur retour d état des contacts «porte fermée» et «porte verrouillée». Risques spécifiques à la salle source q/a = 1/3 : risque électrique (présence de Haute-Tension). rayonnement X Salle source «deutons» La source «deutons» (cf Figure 10), de type ECR, a pour fonction de produire pour accélération des ions légers de type : protons et des molécules H 2 + selon les besoins des expériences ou des réglages. Le principe de fonctionnement de cette source est similaire à celui de la source q/a=1/3. Elle fonctionne cependant à la fréquence de 2,45 GHz, la résonnance cyclotronique étant réalisée grâce à un champ de 875 Gauss. L'extraction du faisceau est réalisée grâce à une haute tension maximale de 50kV.. Figure 10 : La source deutons Cette source deutons est composée de trois groupes d éléments principaux : Le corps de la source. Le système auxiliaire. Le système d alimentation (fréquence HF et tension de la source). Le corps de la source (cf Figure 11) est composé des éléments suivants : Un système d injection UHF (un isolateur de tension nommé "DC Breaker", une fenêtre UHF, une transition "ridgée"), permettant de transmettre la puissance UHF à la source. Une chambre à plasma. Une structure magnétique, permettant de réaliser la condition de résonnance et de confiner le plasma au sein de la chambre. Un système d extraction composé d électrodes, permettant d extraire le faisceau d ions.

24 Niv. 4 Page 24/156 Figure 11 : Schéma du corps de la source deutons Le corps de la source est disposé sur une plate forme Haute Tension. Cette plate forme est montée sur rail afin de pouvoir la reculer pour faciliter les interventions de manutention. Le système auxiliaire est composé des éléments suivants : Un système de pompage permettant de créer le vide au sein de la chambre à plasma (pompes turbomoléculaires). Une bouteille de gaz contenant de quelques Nlitres à quelques dizaines de Nlitres d hydrogène en surpression, avec son contrôleur de débit. Le système auxiliaire est disposé sur une plate forme annexe de type petite baie alimentée par un transformateur d'isolement. Une alimentation en eau dé-ionisée est aussi nécessaire pour son fonctionnement. Le système d alimentation de la source deutons est composé des éléments suivants : Un générateur UHF, qui délivre une puissance de l ordre de 1,2 kw. Trois alimentations haute tension qui permettent la polarisation du système d'extraction. La salle «deutons» contient également une partie de la ligne LBE1 (décrite au paragraphe précédent), la ligne LBE2, et une partie de la ligne LBEC (commune). Le vide est assuré par des pompes turbomoléculaires. La ligne LBE2 peut être décomposée en deux parties : la section de préparation faisceau, et la section de tri et d achromatisme. La section de préparation a pour fonction de refocaliser le faisceau sortant de la source deutons. Elle est composée des équipements suivants : Des éléments magnétiques : un solénoïde avec deux bobinages successifs alimentés séparément et deux dipôles de correction magnétiques. Des diagnostics : profileurs et coupelle de Faraday. Un refroidissement par les systèmes d eau sous pression (8 et 15 bars). Une chambre à vide doté d une vanne d'isolation. La section de tri et d achromatisme a pour fonction de séparer les particules d intérêt des autres particules selon la valeur q/a, tout en conservant une ligne de transport symétrique, pour faciliter le réglage, et éviter toute fluctuation du centre faisceau. Elle est composée des équipements suivants : Des éléments magnétiques : deux dipôles, un triplet de quadripôles. Des diagnostics : profileurs, émittancemètres et coupelle de Faraday.