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LES SOURCES DIONS LÉGERS À HAUTE INTENSITÉ AU CEA SACLAY Roscoff 2013 Tuske Olivier /Irfu/DSM/SACM/LEDA 1.

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1 LES SOURCES DIONS LÉGERS À HAUTE INTENSITÉ AU CEA SACLAY Roscoff 2013 Tuske Olivier /Irfu/DSM/SACM/LEDA 1

2 POINTS ABORDÉS Sources ECR pour les ions legers Principe et bestiaire La problématique des accélérateurs fort-courants Quelques mots sur la R&D : Source ALISES (thèse de S. Nyckees) BETSI : Banc dEtudes et de Tests des Sources dIons Conclusions 2

3 1. PRINCIPE ECR 3

4 PRINCIPE ECR Blindage magnétique Isolant Haute Tension Système magnétique HF Adap Générateur HF Guide donde 2,45GHz 2.45GHz Pulsé ou continu P crète =2 kW H2D2H2D2 Système dextraction adapté 4

5 ZONE DE CHAUFFAGE ECR MAGNÉTISME + RF Module B Iso-Module 875Gauss Opera code B1B2 B1 B2 Calculs magnétostatiques Calcul RF Aboutir a une géométrie permettant de concentrer lénergie HF au « bon » endroit BEAM HF 2.45GHz HF CST 5

6 ZONE DEXTRACTION DES IONS POTENTIEL + GÉOMÉTRIE + ÉLECTROSTATIQUE 25 mrad r f =10 mm AXCEL code Opera code 6

7 LES DIFFÉRENTES SOURCES ECR DÉVELOPPÉES À SACLAY Projet /SourceTensionCourantConfiguration magnétique SILHI IPHI100kV100mA H+Bobines IFMIF EVEDA100kV140mA D+Bobines SPIRAL220kV 40kV 5mA H+ 5mA D+ Aimants permanents ALISES40kV (100kV ?)Prévue pour 30 à 100mA Bobines SILAP-140kV30mAAimants permanents SILHI250kV40mAAimants permanents IFMIF-1 SILAP-1 SP2 7

8 SOURCE SILHI 8 Beam Extraction (10 kW) Deuteron beam AXCEL CODE Magnetic and electrostatic calculations Opera CODE Source opérationnelle

9 INJECTEUR IFMIF 9 OPERA 3D CODE AXCEL CODE Source livrée au Japon, actuellement en caisse

10 INJECTEUR SPIRAL2 10 Source livrée au GANIL, actuellement en caisse aussi

11 TECHNIQUES À MAITRISER date de présentation 11 Magnetic, thermal and electrostatic calculations Materials Beam Extraction Control system RF injection and coupling HV Technic CEM

12 2. LES SOURCES ECR POUR LES ACCÉLÉRATEURS LA PROBLÉMATIQUE DES FORTS COURANTS 12

13 PROBLÉMATIQUE DES ACCÉLÉRATEURS Les demandes pour une source dions: Injection dans Accélérateur Grossissements démittance dépend de Fiabilité (MTBF et MTTR) Reproductibilité dans le temps Facilité de maintenance (démontage etc..) Les objectifs de courant et démittance souhaités Utilisation dune LBE pour injecter dans un RFQ 2 éléments focalisant minimum pour contrôler la taille et la divergence du faisceau Aberrations dues: à loptique du système dextraction aux éléments magnétiques de la ligne Non linéarité du champ électrique créé par la charge despace La focalisation (focalisation forte ou faible) En résumé: plus la LBE sera longue et plus les phénomènes dinteraction seront importants et donc néfastes pour garder lémittance la plus faible possible 13

14 UN INJECTEUR POUR ACCÉLÉRATEUR Entrée RFQ Point Zéro extraction Point Zéro extraction SOLENOIDES 14

15 CAHIER DES CHARGE DUNE SOURCE DÉTUDE Source + Tube Accélérateur permettant de gagner 20cm sur la LEBT Conception « astucieuse » du champ magnétique pour chauffer les électrons et un système dextraction compact et polyvalent Source détude On veut tester des paramètres précis de la source comme les dimensions de la chambre plasma Vers un miniaturisation des sources Source stable et polyvalente Démontage pas trop compliqué pour faire des essais simples 15

16 3. SOURCE ALISES ALISES : ADVANCED LIGHT ION SOURCE AND EXTRACTION SYSTEM BETSI BANC D ÉTUDE ET DE TESTS DES SOURCES DIONS 16

17 LIDÉE DE DÉPART Gain SILHI ALISES Avantages multiples : Gain de 20 cm sur la LEBT Alimentation bobine source à la masse Bobine aide à focaliser le faisceau extrait Avantages multiples : Gain de 20 cm sur la LEBT Alimentation bobine source à la masse Bobine aide à focaliser le faisceau extrait 17

18 ALISES est une grosse source 18

19 ALISES SOURCE DÉTUDE Modification de linjection RF Injection plus efficace Modification de linjection RF Injection plus efficace Réduction des dimensions de la chambre plasma en Longueur et en Diamètre Perspective de miniaturisation Réduction des dimensions de la chambre plasma en Longueur et en Diamètre Perspective de miniaturisation Modification des gaps dextraction Optimiser les courants et les particules Modification des gaps dextraction Optimiser les courants et les particules Mode Pulsé UNIQUEMENT Mode Pulsé UNIQUEMENT 19

20 RÉSULTATS AVEC ALISES SUR BETSI Longueur chambre plasma = 95mm semble être un optimum Courant extrait nest pas sensible au diamètre de la chambre plasma Faut il laisser aux électrons le temps de se thermaliser? Intéressant pour la miniaturisation 17kV Au delà la source pas stable 17kV Au delà la source pas stable 17kV Au delà la source pas stable 17kV Au delà la source pas stable 20

21 PIÈGE PENNING ? Thèse S. Nyckees Electrons piégés Vérification expérimentale Validation de la simulation 21

22 BETSI : BANC DE TESTS DES SOURCES DIONS MAIS PAS QUE… Lamélioration de BETSI en un « mini » injecteur complet permet : De tester des sources dions, les qualifier avec des diagnostics De développer et tester des diagnostics interceptifs (CF, EMU), non interceptifs (tomographie, camera, 4 grilles) Tester des parties de ligne (chopper) Afin de comprendre la physique à basse énergie Compensation de la charge despace: effet de la pression dans la ligne, nature du gaz 22 Upgrade 2009 Oct 2013

23 CONCLUSIONS À Saclay le développement des sources ECR ions légers forts et faibles courants est un sujet bien maitrisé mais il reste encore beaucoup de thématique à « creuser » : Extraction à plus fort courant semble un vrai défi Le domaine de linjection HF dans la chambre plasma peut nous apprendre à utiliser moins de puissance HF mais plus efficacement Miniaturisation source plus petite moins chère industrialisation Le domaine des sources dions légers possède peu de code prédictif « efficace » le code SOLMAXP est en cours de modification pour simuler lensemble des interactions ayant lieu dans la chambre plasma, est un domaine multidisciplinaire, où la méthode empirique prime. 23

24 MERCI DE VOTRE ATTENTION Roscoff


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