Simulations de cellules accélératrices à induction étude du rôle de la ferrite atténuateur de mode Pascal Balleyguier, CEA/DAM/DIF Résumé Les cellules de l'accélérateur à induction AIRIX sont basées sur des ferrites à fort champ de saturation. Quand de telles cellules sont traversées par un faisceau de fort courant, certains modes de résonance RF des cellules peuvent interagir avec le faisceau, conduisant éventuellement à la perte de celui- ci par le phénomène de "Beam Break Up". C'est pour parer à l'apparition de ce phénomène que les cellules sont équipées d'une ferrite supplémentaire dite "atténuateur de mode". Une étude a été menée pour analyser le rôle réel joué par ces ferrites. Des calculs ont été faits avec des logiciels électromagnétiques, mais il est apparu qu'on est encore loin de pouvoir simuler tous les phénomènes mis en jeux du fait de leurs caractères rapide et hautement non-linéaire. Nous présenterons les simulations partielles réalisées. Validation MWS pour les matériaux dissipatif Simulation d’expérience de Deford et Kamin [5]. But : caractériser une ferrite en permittivité et perméabilité complexes à partir des mesures de réflexion sur une ligne coaxiale, d’après formule analytique du coefficient de réflexion : Notre simulation MWS: en partant des caractéristiques des ferrites on calcul S 11 (  ), ce qui revient à comparer la simulation avec la formule analytique. Bien que l'allure des courbes et les ordres de grandeurs soient corrects, on constate des différences notables qui peuvent provenir du modèle simplifié et d’une imperfection de correction de volume. Les résultats des simulations Microwave Studio sont donc à interpréter avec précaution. bleu et magenta : data Deford et Kamin, rouge et vert : ajustement (modèle: Debye 1er ordre). r‘r‘  r ‘’ Comparaison des coefficients de réflexion en amplitude et phase calculés analytiquement et résultants de la simulation Accelerateur AIRIX en bref: Technologie: cellules à induction Nombre de cellules: 64 Longueur  50 m Energie d'entrée: 4 MeV Energie de sortie : 20 MeV Courant faisceau: 3 kA Durée faisceau 60 ns Taux de répétition: monocoup Constat: On observe une oscillation de Beam Break Up à 370 MHz Question: Quel rôle joue l'atténuateur dans cette oscillation ? Ferrite principale Atténuateur Axe faisceau Cellule accélératrice d'AIRIX Calcul de l'impédance transverse selon modèle de Debye pour la ferrite  r = 14 (dispersion et pertes négligeables)  r :modèle de Debye du 1er ordre: La présence de l'atténuateur diminue le coefficient de qualité pour les modes vers 400 MHz (on passe de Q=6.7 sans atténuateur à Q=5 avec atténuateur) supprime la résonnance à 750 MHz Calcul de l'impédance transverse selon modèle simplifié (non dispersif et non dissipatif)  r =14,  r =5 (indépendant de la fréquence ) pertes négligées  MAFIA 2D Or, en réalité les pertes existent  non-propagation du champ dans la ferrite principale  simulé par conducteur magnétique parfait (  =  ) L’atténuateur provoque le dédoublement des deux modes les plus bas en fréquence. Avec/sans: atténuateur. ==  r =14  r =5 324 MHz 422 MHz 342 MHz Simulation du fonctionnement impulsionnel de la cellule excitation par créneau de HT matériau hautement non linéaire  Solveur temporel seul approprié Matériaux utilisables : Idéaux (vide, conducteurs parfaits), ou avec  r et  r  1 Dispersion:  (  ) et  (  ) Pertes:  =  '+i  " ;  =  '+i  " (selon modèle de Debye) pas de saturation pas d’hystérésis Méthode On simule un matériau linéaire Modèle valide tant que B<B sat mais MWS ne peut représenter le champ B (seulement H) Il faut vérifier H<H sat dans le matériau non linéaire  interprétation non immédiate ! à 50 ns Surface extérieure Surface intérieure 50 ns 125 ns à 50 ns à125 ns Conclusion: Régime de saturation partielle atteint bien avant la fin du plateau Conclusion L'atténuateur de mode joue un rôle non négligeable dans l'atténuation du mode à basse fréquence (vers 370 MHz), responsable du BBU observé sur AIRIX. En l'absence de l'atténuateur, un autre mode dipolaire à plus haute fréquence (vers 780 MHz) risque d'être excité par le faisceau. Le fait de supprimer cet atténuateur comporte donc le double risque de renforcer l'oscillation de faisceau observée et de faire apparaître une autre oscillation à fréquence plus élevée.