PETRA III Seminar (Availability Workshop) LINAC II / PIA PETRA III Seminar (Availability Workshop) Jörg Herrmann MIN Zeuthen, 02.02.2018

LINAC II / PIA Themen Rückblick auf Fehler 2017 Welche Ausfälle mit Auswirkung auf Betriebsstatistik bei PIII Ursachen und Fehlerbehebung Blick auf Einzelkomponenten Modulatoren / Klystron Injektionssysteme PIA Mögliche Maßnahmen zur Sicherung der Verfügbarkeit | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Fehler / Event mit langer Betriebsunterbrechung Geht in die PETRA III Fehlerstatistik als Ausfall ein Mögliche Ursachen: Ausfall einer Komponente ohne Redundanz Ungünstiger Zeitpunkt – entsprechendes Expertenwissen bzw. Hilfe nicht greifbar (z.B. Nachts, Wochenende) Unklarer Fehlerzustand – langwierige Fehlersuche erforderlich Kurze Betriebsunterbrechung ohne einen schwerwiegenden Einfluss auf den TopUp Betrieb bei PETRA Fehlerbehebung durch RESET möglich z.B. Shuntdioden, Pulsdauerfehler Kurze Vakuumevents Umschalten auf redundante Systeme Klares Fehlerbild ermöglicht schnelle Reparatur / Austausch von Komponenten kurze Netzwischer Einsatz von USV-Anlagen und Spannungskonstanter Ziel | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Rückblick auf Betriebsjahr 2017 – schwerwiegende Betriebsunterbrechungen 21. KW Modulator / Klystron 12 Ausfall der Klystronheizung über Vakuumevent am Klystron Während Nachtschicht Versuch der Umschaltung auf anderen Modulator scheiterte Ersatzbetriebsfile funktionierte nicht auf Anhieb und Filekorrektur war schwierig Erst das Einbeziehen von Mod. 12 mit verringerter Leistung und anschließender Filekorrektur brachte Erfolg Es gab Ersatzfiles, die jedoch nicht immer alle Fehlerkonstellationen erfassen können oder nicht zum aktuelle Maschinenzustand passen. Fähigkeiten/Reaktion der Schichtbesatzung in solchen Fehlerzuständen haben sich jedoch erheblich verbessert. Ausbildung | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Rückblick auf Betriebsjahr 2017 – schwerwiegende Betriebsunterbrechungen 21. KW Gleichzeitig Problem mit Zirkulatorüberwachung 125 MHz Sender Ursache war defekter Schwimmerschalter am Wasserpumpstand im Tunnel Leider Wartungsmangel Deshalb: Intensive Pumpstandwartung Jan. 2018 Heizpatrone wurde getauscht Temperaturstabilisierung verbessert | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Rückblick auf Betriebsjahr 2017 – schwerwiegende Betriebsunterbrechungen 34. KW Modulator 2 - Shuntdioden leider scheiterte Inbetriebnahme Gun1 Ursache: Ausgelöste Sicherung im Tunnel und LKR deshalb Reparatur Mod.2 Wechsel Hochspannungskabel notwendig Check Thyratroneinheit Kombination Kabel/Stecker/Durchführung wurde konstruktiv über die letzten 20 Jahre stetig verbessert Ausfälle wesentlich seltener | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Rückblick auf Betriebsjahr 2017 – schwerwiegende Betriebsunterbrechungen 43. KW 125 MHz - PIN Schalter Ursache : defektes PS im PIN-Schalter Überwachungseinschub Ende der Nachtschicht Wechsel auf Ersatzeinschub Ersatzeinschub lag räumlich in der Nähe bereit und kann im Notfall auch von der Schichtbesatzung einfach und gefahrlos erfolgen Wiki : Beschreibung / Hinweis auf Ersatzkomponenten präventive Wartung verbessern | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Rückblick auf Betriebsjahr 2017 – schwerwiegende Betriebsunterbrechungen Positronen – Konverter Nach ca. 9-10 Jahren Betrieb/Einbau der neuen Konvertereinheit – 2 gravierende Wasserlecks Kollimator zwischen Konverter und Abschnitt 6 (Kupferrohr) Targetwasser (genaue Stelle konnte durch erhöhten Strahlungspegel nicht untersucht werden? Ursache? Materialabtrag durch erhöhte Strömung an Lötverbindungen? Kupferkorrusion (Sauerstoff)? Geschlossene Wassersysteme – Kontrollmessungen des Sauerstoffgehalts? Neues Design mit zusätzlicher Abschirmung und vorwiegend Elektronenbetrieb haben Strahlungspegel deutlich gesenkt Start der Reparaturarbeiten kann eher beginnen , dennoch Strahlungshotspot Im Wintershutdown Ausbau der defekten Konvertereinheit und Einbau eines Lehrrohres Reduzierung der Arbeitszeit im aktivierten Bereich Reduzierung potenzieller Fehlerquellen und Engstelle Bei Entscheidung für Positronenbetrieb - Ersatzkonverter steht zum Einbau bereit | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Blick auf Einzelkomponenten - Klystron Zu erwartende Lebensdauer leider durchaus unterschiedlich je nach Produktionscharge Qualitätsmängel  mittelfristige Suche nach anderen Röhrentypen (Toshiba/CPI?) Verschlechterung der Perveance Stetige Anpassung der Betriebsfiles auf die aktuelle Klystronsituation Wasserlecks an Klystronbody ,Kollektorkühlung und Solenoidfeld Ausfall der RF Station für mehrere Stunden / Tage Klystronwechsel / Tankreinigung notwendig Ziel: Möglichst geplante präventiver Klystrontausch in Wartungszeiten Bereitstellung sorgfältig aufbereiteter Klystrontanks zum Einbau Reduzierung der Reparaturzeiten | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Blick auf Einzelkomponenten - Klystron-Modulator Komplette Modernisierung der Klystronmodulatoren innerhalb der letzten 18 Jahre Stetige Erneuerung SPS Steuerung aufgrund Produktzyklen Verfügbarkeit von Ersatzteilen und aktuelle Steuerungssoftware Thyratron : e2v CX1836AP (langlebig, kein Nachstellen der Reservoirspannung ) Präventiver Thyratronwechsel nach ca. 20000h Geplanter Test von Halbleiterschalter (Hoffnung: längere Lebensdauer und stabileres Betriebsverhalten) Hochspannungskabel/Tankdurchführung Nach jedem defekt intensive Begutachtung und Suche nach möglicher konstruktiver Produktverbesserungen Ziel: Lebensdauer 40-50T Betriebsstunden – d.h. präventiver Wechsel bei jedem Klystrontausch Fokus-Netzgeräte - nach 18 Jahren Betriebserfahrung  robust Präventive Wartung der Netzgeräte beim Hersteller HVPS enger Austausch mit Herstellerfirma Produktverbesserung und Erstellen von Wartungsplänen für präventive Wartung der Netzgeräte alle 5-6 Jahr | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Wartungsplan HVPS | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Blick auf Einzelkomponenten - Drive Line Historisch: Erzeugung der Ansteuer-HF durch Auskopplung bei Modulator 9 oder 10 und Verteilung auf die einzelnen HF-Stationen starke Abhängigkeit Aktuell: Transistorverstärker an jeden Klystron Regelung möglich unabhängiger Betrieb ermöglicht Ausrüstung von Mod. 9 mit SLED Betriebserfahrung : sehr robust schnellere Reaktionszeit bei Fehlerzuständen | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Injektionssysteme Schaffung zweier redundanter Injektionssysteme Installation eines zweiten Injektors im Bereich des 2. Beschleunigungsabschnittes Sammeln von Betriebserfahrung Gun 2 / Inj2 Einsatz im Normalbetrieb Nach finden der passenden Betriebsparameter Betrieb von Gun2 relativ problemlos Gun1 dient als Backup GUN1: Modulator technisch veraltet Öltank begrenzte Anzahl an Ersatzkathoden | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Umbau GUN 1 Diode durch kommerzielle Triode (EIMAC) ersetzen Statt Y796 (Gun 2)  YC171, weniger Strom aber kürzere Pulse (~2ns) 500 MHz Prebuncher, 3 GHz Buncher Komponenten von SBTF, ehemals an Uni Bonn verliehen, dort nicht mehr länger benötigt Umbau möglicherweise in Etappen, Inbetriebnahme parallel zum Routinebetrieb vorübergehender Wegfall der Reserve-Gun Winter 18/19 wäre sportlich, danach Konflikt mit Teststrahlen Einsatz gleicher Pulserarchitektur wie GUN2 Verbesserte Ersatzteilhaltung Nutzung der guten Betriebserfahrungen | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA PIA Bypass PIA im Betrieb seit Anfang der 80iger Jahre Magnete, Wasserversorgung und Vakuumsysteme stark renovierungsbedürftig Upgrade benötigt aber längeren Shutdown PIA Sender relativ unauffällig Möglichkeit: Bypass für PIA PIA sollte vakuumtechnisch abtrennbar sein Direkte Injektion in DESY ohne Nebenbunche demonstrieren | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018

LINAC II / PIA Mögliche Maßnahmen zur Sicherung der Verfügbarkeit SLED für alle Abschnitte Klystron 9 aus historischen Gründen ohne SLED, kann kein anderes voll ersetzen Eine Reserve-Einheit vorhanden, die wir dafür einsetzen wollen Bypass für PIA Ersetzen von Gun 1 Umbau aller Klystrons auf DC Heizung Sehen bei Quarz-Betrieb Schwebung auf Intensität Mögliche Regelung - Test im Aufbau Erweiterung der Strahldiagnose (BPMs) Thyratron-Ersatz in Modulatoren Neuer Klystron-Typ, um unabhängiger von Thales zu werden Incl. Neue Klystron-Fokusfelder QL-Magnete Im L-Weg alle Spulen erneuert, in PIA und FODO-Kanal noch ausstehend | Linac II / PIA @ PIII Availability Workshop | Jörg Herrmann, 02.02.2018