+ All Categories
Home > Documents > A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit...

A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit...

Date post: 06-Apr-2015
Category:
Upload: gertie-weisbrod
View: 111 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
57
A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability Workshop ARW 2011
Transcript
Page 1: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

A. Denker

Reliability gemäß LEO: AusfallsicherheitBetriebssicherheitFunktionsfähigkeitVerlässlichkeit Zuverlässigkeit

Bericht vomAccelerator Reliability WorkshopARW 2011

Page 2: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Statistik: Übersicht

1. 2002 ESRF2. 2009 Triumf3. 2011 Kapstadt

41 Beiträge von Beschleunigern– 78 Teilnehmer, ohne “Locals”: 1/3 Amerika, 1/5 Asien, knapp ½ Europa

3 Beiträge aus anderen Einrichtungen– Kernkraftwerk Koeberg, – SALT (South African Large Telescope): jwd, Temp.gradienten– South African Square Kilometer Array Project:

jwd, möglichst ferngesteuert, da bereits ein Handy stört

Zwei Diskussionsrunden– Magnete– Webseite/Forum

Page 3: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Statistik: wer war da

Lichtquellen:SLAC, BNL, Diamond, ESRF, PSI, Australian synchroton, Spring8, SSRF

Spallationsquellen:PSI, SNS

Zyklotrons:allg.: NSCL, iThemba, Uppsala, RIKEN, IBAmed.: MGH, Orsay, HZB,

Sonstige:GSI, HIMAC, INFN, DaLinac, Siemens, CERN, Fermilab

Page 4: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Historischer Überblick: Hardy (ESRF)

Page 5: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Ausblick: Hardy (ESRF)

Page 6: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Ansprüche Spallation: PSI

Page 7: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Theorie und Programme: SNS

Page 8: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Theorie <-> echtes Leben

Page 9: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Trend formale Organisation: GSI

Page 10: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Trend formale Organisation: SLAC

Page 11: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Trend formale Organisation: CERN

Page 12: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Trend formale Organisation: BNL

Page 13: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Trend formale Organisation: NSCL

Page 14: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Automatisierung: Australien

Lichtquellen:SLAC, BNL, Diamond, ESRF, PSI, Australian synchroton, Spring8, SSRF

Spallationsquellen:PSI, SNS

Zyklotrons:allg.: NSCL, iThemba, Uppsala, RIKEN, IBAmed.: MGH, Orsay, HZB,

Sonstige:GSI, HIMAC, INFN, DaLinac, Siemens, CERN, Fermilab

Page 15: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Kontrollsystem: ESRF

Page 16: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

e_log: INFN

Page 17: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

e_log: http://midas.psi.ch/elog

Page 18: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

RF verbessert: RIKEN Ringzyklotron

Erreicht durch

-Vakuum verbessert

-CW – konditionieren…

Page 19: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

RF verbessert: DALINAC

Temp.sensor auf RF Regelkarte

Page 20: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Diagnose: DiamondRemotely Controlled, Mobile, Thermal Imaging Platform

Page 21: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

fehlende Diagnose: CERN

Page 22: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Wartung auch für Ersatzteile: Spring 8

Page 23: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Probleme durch Kleinigkeiten: SINAP

Page 24: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Probleme durch Kleinigkeiten: CERN

Page 25: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Umfrage: Magnetfehler

Page 26: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Stromausfälle: iThemba

Page 27: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Stromausfälle: Australien

Page 28: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

med. Beschleuniger: MGH: >95%

Page 29: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

med. Beschleuniger: Orsay

Page 30: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

med. Beschleuniger: Siemens, prev. maintenance

Page 31: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

med. Beschleuniger: IBA, Field Replaceable Unit

Page 32: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Reliability unter besonderen Umständen

Page 33: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Reliability unter besonderen Umständen

uptime: 94%

Page 34: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Zusammenfassung

Erfahrungsberichte aus der Praxis – nicht geschönt große Unterschiede zwischen den Beschleunigeranwendungen:

die Probleme sind jedoch bei allen ähnlich intensiver Austausch, sowohl in Podiumsdiskussionen

– Lüdeke - zentrale Datenbank für Reliability, [email protected] – Spencer - http://slac.stanford.edu/pubs/slactns/tn04/slac-tn-09-001.pdf

als auch mit den Teilnehmern viele Ideen für zu Hause mitgebracht

Lichtquellen Kernphysik/Spallation

Med. Beschleuniger

Betriebszeit ~ 4500 h ~ 6000 h stark variierend

Uptime > 98 % > 90 % > 95 %

Page 35: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

History

1977: start of cyclotron operation for nuclear physics (VICKSI)

1995 – 2006: Ionenstrahllabor ISL – laboratory for ion beam applications

– internal and external (~ 70%) users

– ion energy: eV < Eion< 800 MeV

– research areas:

• materials modification and ion-solid-interaction

• materials analysis

• medical applications

since 2007: accelerator operation for therapy purposes only

Page 36: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Accelerator Layout

2 x 14.5 GHz ECR sources on 150 kV platforms

RFQ 5.5 MV Van-de-Graaff

k = 132

16 dedicated target stations

Page 37: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 100

5

10

15

Do

wn

tim

e (

%)

Accelerator Performance

cyclotron in operation since 1977averaged downtime before 1995: 10 %

start of therapy

start of RFQ operation for users

Page 38: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Reduction of Downtime

step by step process

addressing all subsystems:sources, injectors, beam lines, cyclotron, control systempreventive maintenanceincreased redundancymodernisation improved diagnosisreduction of elements

Page 39: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Preventive Maintenance

regular belt change of Van-de-Graaff service of rotating parts cyclic change of spare power supplies used on HV terminal drying of SF6 gas

cleaning of isolators service on vacuum pumps: oil, bearings replacement of water tubes

Page 40: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Modernisation

new computers for control system replacement of old dipole power supplies exchange of shunt against transducer regulation in quadrupole

power supplies (gain in stability: factor 10) discrete rectifiers replaced by complete 3-phase modules replacement of main coil power supply of cyclotron

side effect: less energy consumption

Page 41: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Redundancy / Reduction of elements

smaller variety of pumps, vacuum gauges, power supplies…. whenever possible: spare parts for quick exchange

low intensity proton beams: no pre-bunching no water cooling of deflector plates in beam line dipoles

Page 42: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Improved Diagnostics

display of accelerator status

Page 43: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Improved Diagnostics

display of accelerator status 24 h charts

start of main magnet overshoot procedure

Page 44: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Improved Diagnostics

display of accelerator status 24 h charts beam stability programme

Page 45: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

ISL Protons for Therapy (PT)

11/04: decision to close ISL at the end of 2006– Post-Docs and technical staff on temporary

positions left– people were transferred

to other departments– stop of investments

9/06: start of planning operation solely for PT

– reduced man-power(less beam-time)

– reduction of beam lines, cables…

– this step: almost completed

nevertheless:maintain reliability

Page 46: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Accelerator Performance

small number of beam time hours: major events have huge impact on statistics

95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 100

5

10

15

Do

wn

tim

e (

%) ~ 4500 hours/year

~ 1750 hours/year

Page 47: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

changing ion species and energies

~ 15 target stations varying requirements on focusing

34 weeks/year 3 shifts a day (24/24)

H, 68 MeV–cyclotron fixed frequency–one NMR-probe/dipole

2 target stations, identical focusing

–1/4 of existing beam line system 12 therapy weeks/year 2 shift operation (6:00 -22:00) Thursday: start up and tuning Friday: quality control of accelerator weekend: standby* Monday-Friday: Therapy

ISL PT: Operation Comparison

*exceptions on weekends: - experiments- infants, requiring more than 4 sessions

Page 48: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

PT: Reliability

availability 95 % in 20072/3 of downtime due to one major event: electrostatic injection

– preventive maintenance– replacement of Ta shields by Ti

(good experience in ECR source)– after one week: failure– fault of new ceramics ?– Ti shields (now Ta again)– delay of 2 days

uptime 2008: 98 %worst case: failure in electricity supply at 6:00 am

– delay of 2 hours

Page 49: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Accelerator Operation: Reliability

uptime 2009: 95 %1/3 of downtime again due to one major event: water leak in RF

– interruption of therapy week for the first time since 1998 (110 therapy weeks)

availability 2010: 95 %frequent drops in RFerror difficult to find: isolator problems on tube socket of anode power supply

Page 50: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Lessons Learned

turbo pumps on 60 % of rotational speed (standby mode) increases service intervals about factor 5

analysis of residual gas for water logging of electricity for failure analysis

cryo pumps on

cryo pumps off

Page 51: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Wish List

Uninteruptable Power supplies:– overall solution: too expensive in investment and man power– thus only for computers of control system

counter on frequently moved Faraday cups

14:47:12.00 14:47:12.50 14:47:13.00 14:47:13.50

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

Vo

ltag

e [V

]

time

V1 V2 V3

Page 52: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

ISL PT: Installation of a Tandetron

further shortening of beam lines less rooms reduction of radiation safety easy and reliable operation:

– no moving parts– source on “ground potential”

installation:Apr. 07:purchased from BAM, start of dismantlingOct. 07:transfer to HMI, installation startsSep. 08: first beam from sourceOct. 08: first beam through tandetronMar. 09: first beam through cyclotronAug. 10: acceptance test finished, applied for licenceDec. 10: licence grantedJan. 11: first therapy with tandetron as injector

Page 53: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

ISL PT: Installation of a Tandetron

start of tandetron beam tests: perfect short term stabilitymeasured on FC behind cyclotron

14:35 14:36 14:37 14:38 14:39 14:400

1

2

3

4

5

15

20

25

30

Std

. D

ev.

(%)

I F

CZ

1 (n

A)

Page 54: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

14:45 14:50 14:55 15:00 15:05 15:10 15:1514.0

14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

I F

C (

nA

) ISL PT: Installation of a Tandetron

start of tandetron beam tests: perfect short term stabilitybut long term stability unsatisfactory

Page 55: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

ISL PT: Installation of a Tandetron

start of tandetron beam tests: long term stability unsatisfactory now: short and long term stability better than 5 %

21:00 01:00 05:00

1.95

2.00

2.05

2.10

stability_QS1!plot110407 JR 08.04.2011

I cu

p (

µA

)

Time (start 7. Apr. 2011)

Page 56: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Conclusion

12 therapy weeks per year past years: uptime at least 95 %

98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11

3

0

1

05

1

66

2

34

3

17

4

37

5

36

6

77

8

29

10

14

12

27

14

37

16

610

25

50

75

100

125

150

175

200

225

Pa

tie

nts

pe

r Y

ea

r

Page 57: A. Denker Reliability gemäß LEO: Ausfallsicherheit Betriebssicherheit Funktionsfähigkeit Verlässlichkeit Zuverlässigkeit Bericht vom Accelerator Reliability.

Conclusion

12 therapy weeks per year past years: uptime at least 95 % but: the finest hardware is useless without dedicated personnel

→ sincere thanks to all the people involved

Thank you for your attention!


Recommended