Etudes et conception d’un refroidisseur RF pour des faisceaux d’ions radioactifs de haute intensité Florian DUVAL Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen Rencontres Jeunes Chercheurs 2007, Dinard, France Vendredi 14 Decembre 2007

Il est nécessaire de purifier le faisceau Introduction Spiral2 : Intensité en hausse Installation basse-énergie DESIR@Spiral2 Spectroscopie laser Mesure de masse Etude de la désintégration ß … Dispositifs très sensibles aux polluants Rareté des espèces d’intérêt Il est nécessaire de purifier le faisceau Production Séparation Expérience 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Plan Pourquoi refroidir les ions ? Principe La charge d’espace Le premier prototype : SHIRaC Prédictions numériques Conclusion - Perspectives 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Pourquoi refroidir un faisceau? Une partie des ions d’intérêt sont arrêtés par les fentes Des contaminants subsistent Dipôles magnétiques 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Pourquoi refroidir un faisceau? Cooler Le faisceau est fin et parallèle On introduit le cooler Seuls les ions d’intérêt sont conservés 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Comment piéger les ions? Potentiel électrostatique Modulation radiofréquence Piégeage radial des ions Potentiel DC axial pour guider et extraire les ions 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Comment refroidir les ions? Collision des ions sur un gaz-tampon Hélium à quelques Pascal Tion ~ 100 eV Gaz Modélisation par une approche microscopique Ion Terme de repulsion Terme d’attraction quadrupolaire Terme d’attraction dipolaire 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Comment refroidir les ions ? Validation des matrices de diffusion : Comparaison entre valeurs calculées et expérience Observables : Vitesse de dérive Section efficace de collision Mobilité des ions 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

La charge d’espace Phénomène concurrent du cooling Comparaison : La repulsion coulombienne entre les ions piégés Principale problématique de ce projet Comparaison : Technologie actuelle Objectifs Emittance ~ 2 π.mm.mrad > 1 π.mm.mrad Intensité qql nA qql µA 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

La charge d’espace Modélisation via le théorème de Gauss Comparaison avec la « beam repulsion » de Simion 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Le premier prototype : SHIRaC 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Design géométrique Longueur = 70 cm Rayon = 3mm 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Le dispositif expérimental Technologie actuelle Objectifs VRF 250 V0p 5000 V0p fRF 0.3 – 1.3 MHz 8 MHz DC RF Filtre passe-bas 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007 70cm

Prédictions numériques Faisceau à l’entrée : 133Cs+ beam Emittance : 75π.mm.mrad Energie : 20keV Intensité : 1µA Distance de « cooling » à 0.05mbar ~ 400mm Emittance de sortie > 1π.mm.mrad Efficacité d’injection ~ 25 % 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Prédictions numériques Pertes à l’injection Bonne décélération et focalisation 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Prédictions numériques Modification du quadrupole 2 sections avec des rayons internes différents 5mm et 3mm + une jonction à 4mm Meilleure efficacité d’injection (~100%) Refroidissement identique Même emittance de sortie Meilleure efficacité totale 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Conclusion - Perspectives SHIRaC : refroidisseur haute intensité Premier prototype : Partiellement teste au CSNSM Simulé Installation et modifications en cours Prochaines mesures en Janvier Développement : Nouveau design Electronique RF 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007

Merci de votre attention CSNSM-Orsay S. Cabaret O. Gianfrancesco D. Lunney Mc Gill R.B. Moore LPC-Caen G. Ban F. Duval J.F. Cam P. Desrues J.M. Gautier Y. Merrer J. Tillier P. Vallerand 14-12-2007 F. Duval, JRJC 2007