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1 Soutenance de thèse de Directeur de thèse: Paul INDELICATO Laboratoire Kastler-Brossel.

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1 1 Soutenance de thèse de Directeur de thèse: Paul INDELICATO Laboratoire Kastler-Brossel

2 2 Spectroscopie X de la source SIMPA Piégeage dions très chargés Objectif : mesure de durée de vie Piégeage de molécules monochargées Système dimagerie pour létude de la cinématique transversale des ions Lamb shift 1s dans les ions lourds à 1 électron

3 3 I-Introduction –A) Intérêt détudier ions très chargés –B) Applications –C) Objectifs de nos expériences II-La source dions SIMPA –A)Principe de fonctionnement –B)Performances III-Le piége à faisceaux dions électrostatique –A)Intérêt du piégeage –B)Fonctionnement du piège –C)Résultats expérimentaux IV-Mesures de durée de vie –A)Présentation de cas pertinents V-Perspectives et Conclusion

4 4 A) Intérêt des ions très chargés B) Applications C) Objectifs de nos expériences

5 5 +Z

6 6 1- Ils sont présents partout Plasma astrophysique: Vent solaire, Couronne solaire Plasma terrestre : Tokamak, Accélérateurs dions 2- Sensibilité aux effets QED Vitesse relativiste des électrons Polarisation du vide Self-énergie 3- Augmentation de lénergie des niveaux atomiques Effets relativistes visibles Photons émis dans la gamme des rayons X (1 à 10 keV)

7 7 Phys. Rev. Lett. 89, (2002) Determination of Hyperfine-Induced Transition Rates from Observations of a Planetary Nebula

8 8 Nanotechnologies Application à la gravure Objectif : stocker plus dinformations Standards pour les rayons X Diagnostic de plasma Ion Beam Therapy

9 9 Piégeage dions très chargés Ar 9+,Ar 13+,Ar 14+ pour la mesure de durée de vie détats métastables (Transition M1 avec des durées de lordre de la dizaine de millisecondes) Tests des théories du problème à N corps relativiste 1 2 3

10 10 A) Principe de fonctionnement B) Performances

11 11 Extraction des ions de la source Selection sur le rapport q/m Centrage et hâchage du faisceau dions Piégeage du paquet dions Focalisation du faisceau dions

12 12 1 à 400 W quelques dizaines de keV

13 13 Photo de profil du plasma On retrouve la forme hexagonale de lhexapôle qui assure le confinement radial du plasma Surface de résonance Ions piégés par la charge despace des électrons Gaz support (pour fournir les électrons) Ions froids Electrons chauds Champ magnétique dans laxe Rapport mirroir=Bmin/Bmax Bouteille magnétique Pour le confinement longitudinal Cest le gradient de champ qui permet le confinement

14 14 uA

15 15 uA Courants extraits environ 10 fois moins importants

16 16 A)Intérêt du piégeage B)Fonctionnement du piège C)Résultats expérimentaux

17 17

18 18 B Uo V(t) Penning trap DC electric + DC magnetic fields Paul trap DC + RF electric fields

19 19 TSR Heidelberg

20 20

21 21 Résonateur optique Résonateur à particules Piégeage de faisceaux dions lent avec des champs électrostatiques V V L E k, q Principe physique: Optique des photons et loptique des ions sont équivalentes

22 22 EST CE QUE CELA FONCTIONNE VRAIMENT COMME UN RESONATEUR OPTIQUE f V z (fait varier la longueur focale) Miroir gauche du piège Miroir sphérique électrostatique= barrière de potentiel + lentille Einzel

23 23 HT Potentiel 2D Focalisation du faisceau dions en fonction de la valeur de la haute tension appliquée

24 24 2D Potential view [SIMION] Région sans champ Miroir de sortie Miroir dentrée 407 mm D. Zajfman et al. Phys. Rev. A pp (1997)

25 25 Hacheur de faisceau Pickup Interrupteurs HT du piège

26 26 V1 V2 V3 V1 V2 V3 Vz Ampli. PICKUP OSCILLOSCOPE Pas de champ magnétique Pas de limite de masse Large région sans champ Facile à utiliser Source dions externe Détection des ions facile Grande stabilité Temps de vie de plusieurs centaines de millisecondes pour des ions multichargés dune énergie cinétique de 4.2q keV sous mbar (V1, V2, V3, V4)= (4.5, 4.8, 3.2, 1.6) kV Vz tension de focalisation

27 27

28 28 Vanne fermée 8x mbar Vanne ouverte 5x mbar Source ON 4x10 -9 mbar

29 29 0 V 4.3 kV 0 V 6.5 kV dT/dE>0 dT/dE<0 T: oscillation half period E: kinetical energy

30 30 X T Oscillation longitudinale T Oscillation Transversale

31 31 Deux fréquences une rapide lautre lente

32 32 Thèse V. Lepère LCAM 2006 Piège du LCAM (Orsay) MCP+Ligne à retard Neutres sortant du piège Enérgie 2.5 kV

33 33 f=+ f=L/4

34 34

35 35 Ar 11+ RF 20V

36 36 Radiofréquence (kHz) Temps de piégeage (ms)

37 37 30 ms 14 ms 0.9 ms Faisceau dions Ar 10+ à 4.2 keV en utilisant une RF

38 38 Théorie Expérience Weinberg et al PRA 57 pp n: densité gaz résiduel V: vitesse des ions

39 39

40 40

41 41

42 42

43 43

44 44 Systèmes complexes Dépendant de plusieurs paramètres Extrême sensibilité aux conditions initiales Lois simples mais comportement imprévisibles Etat du système représenté à chaque instant par un point dans cet espace Courbe qui correspond à la trajectoire de ce point Ce point est attiré par une courbe limite Attracteur étranges avec symétrie interne

45 45

46 46

47 47

48 48 –A)Présentation de cas pertinents –B)Etat davancement de la mesure

49 49 PMT MSAPC Photomultiplicateur Filtre Lentille SPECTRE Analyseur Multi-échelles Ampli

50 50 Faisceau dions Ar 13+ Faisceau dions Ar 14+ (Transition M1) ms 594 nm Oxford EBIT 1998 Transition (M1) ms nm LLNL EBIT 2000 Faisceau dions Ar 9+ Transition (M1) ms nm LLNL EBIT 2000

51 51 Temps de vie des métastables Temps de vie mesuré avec le PMT Temps de vie des Ions dans le piège

52 52 Métastable s courant (uA) Durée de vie (ms) Temps de piégeage (ms) Ar9+3,69,3230,5 Ar13+0,19,70,4 AR Il faudra utiliser lafterglow pour augmenter lintensité des courants produits

53 53

54 54 Production dions très chargés Source ECR SIMPA à 14kV Source ECR SIMPA à 4.2 kV Piège à ions électrostatique Piégeage dions très chargés (plusieurs ms) Mode de synchronisation Mode de diffusion Ajout dun champ RF Méta-oscillations Spectromètre de masse Mesure de durée de vie Etude de cas pertinents Premiers essais

55 55 Amélioration du vide Rajout du Spectromètre ionique Mesure de durée de vie Refroidissement résistif

56 56 Laboratoire Kastler Brossel Dina Attia Paul Indelicato Directeur de thèse Csilla Szabo Post-doc depuis oct Sergio Do Carmo Visiteur en juin-juil Collaborations Institut des Nanosciences de Paris Equipe de J-P Rozet et D. Vernhet Weizmann Institute of Science Equipe de D. Zajfman


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