Les sources d’ions légers à haute intensité au CEA Saclay Roscoff 2013 Tuske Olivier /Irfu/DSM/SACM/LEDA

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 d’Etudes et de Tests des Sources d’Ions Conclusions

1. Principe ECR

Principe ECR Système magnétique Isolant Guide d’onde 2,45GHz HF Adap Générateur HF Système magnétique Isolant Système d’extraction adapté Pulsé ou continu Pcrète=2 kW H2 D2 Guide d’onde 2,45GHz Haute Tension Blindage magnétique

Zone de chauffage ECR magnétisme + RF B1 B2 B1 B2 Opera code BEAM HF BEAM HF Module B Iso-Module 875Gauss 2.45GHz HF Calculs magnétostatiques Calcul RF  Aboutir a une géométrie permettant de concentrer l’énergie HF au « bon » endroit CST

Zone d’extraction des ions  Potentiel + géométrie + électrostatique Opera code 25 mrad rf=10 mm AXCEL code

Les différentes sources ECR développées à SACLAY Projet /Source Tension Courant Configuration magnétique SILHI  IPHI 100kV 100mA H+ Bobines IFMIF EVEDA 140mA D+ SPIRAL2 20kV 40kV 5mA H+ 5mA D+ Aimants permanents ALISES 40kV (100kV ?) Prévue pour 30 à 100mA SILAP-1 30mA SILHI2 50kV 40mA IFMIF-1 SP2 SILAP-1

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

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

Injecteur SPIRAL2 Source livrée au GANIL, actuellement en caisse aussi

Techniques à maitriser  Magnetic, thermal and electrostatic calculations  HV Technic  Materials  CEM  RF injection and coupling  Beam Extraction  Control system date de présentation

2. Les sources ECR pour les accélérateurs la problématique des forts courants

Problématique des accélérateurs Les demandes pour une source d’ions: Injection dans Accélérateur Grossissements d’émittance dépend de Fiabilité (MTBF et MTTR) Reproductibilité dans le temps Facilité de maintenance (démontage etc..) Les objectifs de courant et d’émittance souhaités Utilisation d’une LBE pour injecter dans un RFQ 2 éléments focalisant minimum pour contrôler la taille et la divergence du faisceau Aberrations dues: à l’optique du système d’extraction aux éléments magnétiques de la ligne Non linéarité du champ électrique créé par la charge d’espace La focalisation (focalisation forte ou faible) En résumé: plus la LBE sera longue et plus les phénomènes d’interaction seront importants et donc néfastes pour garder l’émittance la plus faible possible

Un injecteur pour accélérateur Entrée RFQ Point Zéro extraction SOLENOIDES

Cahier des charge d’une source d’étude Source + Tube Accélérateur permettant de gagner 20cm sur la LEBT Conception « astucieuse » du champ magnétique pour chauffer les électrons et un système d’extraction compact et polyvalent Source d’étude 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

3. Source ALISES ALISES : Advanced Light Ion Source and Extraction System BETSI Banc d’ étude et de tests des Sources d’ions

L’idée de départ SILHI Avantages multiples : ALISES Gain Avantages multiples : Gain de 20 cm sur la LEBT Alimentation bobine source à la masse Bobine aide à focaliser le faisceau extrait ALISES

ALISES ALISES est une grosse source

ALISES SOURCE D’étude Mode Pulsé UNIQUEMENT Réduction des dimensions de la chambre plasma en Longueur et en Diamètre  Perspective de miniaturisation Modification de l’injection RF  Injection plus efficace Modification des gaps d’extraction  Optimiser les courants et les particules

Résultats avec ALISES sur betsi 17kV Au delà la source pas stable 17kV Au delà la source pas stable Longueur chambre plasma = 95mm semble être un optimum Faut il laisser aux électrons le temps de se thermaliser? Intéressant pour la miniaturisation Courant extrait n’est pas sensible au diamètre de la chambre plasma

Piège Penning ? Vérification expérimentale Electrons piégés Thèse S. Nyckees Electrons piégés Validation de la simulation

BETSI : Banc de tests des sources d’ions mais pas que… Upgrade 2009 Oct 2013 L’amélioration de BETSI en un « mini » injecteur complet permet : De tester des sources d’ions, 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 d’espace: effet de la pression dans la ligne, nature du gaz

Le domaine des sources d’ions légers 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 l’injection 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 d’ions légers possède peu de code prédictif « efficace » le code SOLMAXP est en cours de modification pour simuler l’ensemble des interactions ayant lieu dans la chambre plasma, est un domaine multidisciplinaire, où la méthode empirique prime.

Merci de votre attention Roscoff 2013