Développement des sources ECR au CEA Grenoble  Présentation de l’équipe  Objectifs principaux  Quelques réalisations

Compétences  Plasma  Hyperfréquences  Magnétisme  Optique ionique Production des ions multichargés a lieu au cœur du plasma L’optimisation des sources passe par la compréhension de la physique du chauffage ECR et du transport des ions  Hyperfréquences De 2.45 GHz à 29 GHz : lignes, composants divers, couplage Exemple: ligne 28 GHz, 10 kW, 100 kV utilisée avec succès au LNS-Catane et à l’ex ISN-Grenoble  Magnétisme Des aimants permanents au bobinage 4K  Optique ionique Faisceaux d’ions : de plus en plus intenses augmentation de la charge d’espace Minimiser l’émittance des source ECR : installation d’une ligne de diagnostic de faisceau d’ions  Cryogénie SBT : grande réputation en cryogénie (Tore Supra, spatial, LMJ …)

Besoins actuels des accélérateurs en ions multichargés  Ions « moyennement chargés » forte intensité, mode continu Ganil : Spiral 2 : 1mA Ar12+ GSI : super lourds Actuellement : 0.4 mA  Ions « moyennement chargés » forte intensité, mode pulsé GSI CERN – LHC : Pb27+ entre 400 µA et 1 mA  Ions fortement chargés , mode continu HMI: 100 pnA M/Q = 4.7 Actuellement : 85 pnA Ta38+ Ions pour la physique atomique: tous états de charge mode continu cf. J.L. Lemaire et al.

Les moyens  Source Caprice 10 GHz : diagnostic du faisceau d’ions  Source GTS (Grenoble Test Source) 10, 14, 18, 29 GHz Validation des lois d’échelles régissant les champs magnétiques de confinement Chauffage HF multi fréquences Extraction des ions  Manips sur sources « made in CEA » GSI : afterglow avec Caprice 14 GHz LNS : lois d’échelle magnétiques avec Serse PSI : émittance

Quelques images du faisceau d’ions Obtenues avec Caprice 10 GHz Ar11+ Ne8+ O5+ O7+

Fortes intensités 14 GHz: 18 GHz: I  f2 Ar8+ : 2 mA : RIKEN 1.1 mA : GTS Ar9+ : 1 mA : RIKEN 0.9 mA : GTS Ar8+ avec GTS : 1mA Ar12+ : 250 µA Ar12+ : 380 µA Gas additionnel minimisé  moins de charge d’espace à l’extraction I  f2 Pour 1 mA d’Ar12+ en continu : source supra 28 GHz Monter en fréquence (avec le champ magnétique ad hoc)  décaler le spectre vers les hauts états de charge

Hauts états de charge optimisation Ar17+ optimisation Ar18+ Réglages sans gas support  meilleure émittance

Ions métalliques 181Ta, Z=73 Feuille de Ta après l’expérience Forme du plasma sputtering 4mm Tige Ta évaporée par le plasma 10mm 181Ta, Z=73 Feuille de Ta après l’expérience

Intensités d’ions argon Source GTS Tension d’extraction 25 kV

Comparaison avec d’autres sources ECR

Intensités de xénon à 14 GHz et 18 GHz

Intensité en xénon : 18 VS 28 GHz Une fréquence de chauffage très élevée demande un confinement magnétique élevé

Evolution des sources d’ions multichargés « CEA »

ECRIS tout aimant permanent 12 – 14 GHz 2 applications: Ions moyennement chargés :expérience photoionisation (DAM/Orsay) source en cours de réglage Ions fortement chargés : ORNL source en cours de fabrication Binj : 2 T Bmin : 0.38 T Bext : 0.93 T Brad : 1 T

ECRIS hybride: bobines cuivre + aimants permanents Source de tests modulaire pour: -) la HF : fréquence, couplage au plasma -) le champ magnétique

ECRIS hybride: supra 4K + aimants permanents (1/2) hexapole en aimant permanent : 1.6 T dans la chambre à plasma 18 – 24 GHz 600 mm Contrôle Bmin gradient à la résonance résonance à 24 GHz Bobines NbTi

ECRIS hybride(2/2) bobines Bain He liquide En cours d’étude Passages de courant supra haut Tc « Trou chaud »: Ø 400 mm bobines Bain He liquide

Bobines supra VS bobines classiques Pour des fréquences < 18 GHz, les bobinages classiques, voire les aimants permanents sont souvent à préférer aux bobinages supra SHIVA 14 GHz Source hybride supra 4K/aimants permanents RIKEN / Tsukuba

Version tout supra: projet MSECRIS (base GyroSerse) Objectifs: 1 mA ions moyennement chargés (Ar12+) États de charge très élevés Ion Sources for Intense Beams of Heavy Ions Le JRP ISIBHI est en attente de l’acceptation d’EURONS par Bruxelles, et de son financement.

Conclusion  Meilleure connaissance du plasma : diagnostics + modélisation  Lois d’échelle sur le confinement : collaboration INFN/LNS – CEA-G Exemple : source ECR à Argonne National Lab (du type LBL-AECR) avant et après utilisation de nos lois d’échelle R. Vondrasek (ICIS 2003) uranium Plusieurs sources en cours de réalisation et en étude : des sources tout aimant permanent aux sources tout supra   GTS : source d’études performante multi-applications : fortes intensités et états de charge élevés