HCERES, 12-14 janvier 2015, LPSC Sources d’ions, Thierry Lamy Pôle accélérateurs et sources d’ions Equipe source d’ions.

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1 HCERES, 12-14 janvier 2015, LPSC Sources d’ions, Thierry Lamy Pôle accélérateurs et sources d’ions Equipe source d’ions

2 5 permanents, 5.4 ETP depuis début 2014 2 IR T. Lamy, T. Thuillier (HDR prévue en 2015) 1 IE J. Angot 2 AI J. Jacob, P. Sole 1 T à 40 % depuis 2010, L. Bonny affecté au groupe plasmas + Support des services techniques, principalement mécanique (vital) Evolution de l’effectif Départs en retraite compensés, évolution dépendant des projets 2014 création de la startup Polygon Physics, la perte en personnel ne remet pas en cause nos projets, T. Lamy statut 25-2, conseil d’administration et conseiller scientifique (10%) Demande de CDD UGA (EMERGENCE) LPSC-JYFL-IAP/RAS-LNCMI 1 post-doc + 1 doctorant (priorité LPSC) + 1 doctorant (financement à trouver) Spécificité Historiquement service technique (avec ses projets propres) Depuis 2010 équipe au sein du pôle (axe scientifique du LPSC), vers + d’académique 2 Equipe

3 SPIRAL2-LBE1 @LPSC Constructions, qualifications Applications Source COMIC 2.45 GHz Gyrotron et source d’ions 60 GHz au LNCMI R&D amont Physique des sources ECR Injection PHOENIX V3 Grandes classes d’activités Mise en œuvre de la Résonance Cyclotronique Electronique (ECR) pour produire des plasmas et en extraire des faisceaux d’ions (haute intensité ou efficacité) Sources d’ions lourds multichargés, booster de charge, sources miniaturisées

4 Contexte - axes - compétences Contexte - Seule équipe française spécialisée dans les sources d’ions lourds multichargés (ECR) - L’équipe n’est pas responsable du fonctionnement d’un accélérateur, situation quasi unique dans le monde, ceci permet de maîtriser notre politique scientifique - Bonne collaboration avec les laboratoires européens (GANIL, Finlande, Italie, Russie) et bonne considération de la part des laboratoires dans le monde : USA (LBNL, MSU, ANL), Chine (IMP) - « Se battre » pour trouver des financements (équipements coûteux) Axes Participer à la stratégie nationale et européenne, Développer les activités de recherche et développement Valoriser notre domaine et développer les applications Participer à l’enseignement et à la diffusion des connaissances Compétences principales Scientifiques Physique des plasmas, électromagnétisme (B statique, HF), optique et transport des faisceaux Techniques Développement et réalisation de systèmes complexes qui intègrent Haute tension, vide, cryogénie, spectrométrie de masse, aimants permanents, techniques des champs intenses, électrotechnique, diagnostiques de faisceaux (émittancemètres), contrôle-commande, électronique Montage et pilotage de projets Responsabilité des sources d’ions lourds et intenses pour SPIRAL2 (T. Thuillier) Equipex Centre de Plasmas denses, de faisceaux d’Ions intenses, d’ondes THz intenses, (co-porteur - 2010) COnnecting LOcal Superpower Systems for Electron Cyclotron Resonance Ion Source (porteur- 2011)  grand projet du polygone scientifique SMARTCOLOSSUS ++

5 Sources d’ions lourds et ligne basse énergie SPIRAL2 Responsable T. Thuillier Qualification Ligne Basse Energie injecteur ions lourds Collaboration LPSC-IPNL-GANIL-CEA/IRFU-IPNO-IPHC Installée au LPSC en 2009, validation de tous les éléments constituant l’accélérateur, optique et transport faisceau 1 er faisceau SPIRAL2 au LPSC, LBE livrée au GANIL fin 2012, démarrage février 2015 Collaboration pour le développement des faisceaux d’ions métalliques 1μAp Ni 19+, Ca 16+ … Intensités limitées par le type de four Conception, construction et qualification de la source d’ions lourds de démarrage PHOENIX V2 upgrade source pulsée PHOENIX CERN 28 GHz – Structure magnétique améliorée, isolement à 60 kV Développement d’une source plus performante (PHOENIX V3) Augmentation du volume, meilleur confinement, doublement des intensités Projet européen Cluster of Research Infrastructures for Synergies in Physics, T. Thuillier WP leader SPIRAL2-LBE1 @LPSC Stratégie : Responsabilité future source supraconductrice et de sa ligne basse énergie Upgrade PHOENIX V2  V3 Simulation structure magnétique supraconductrice

6 Booster de charge SPIRAL2… Conception booster nucléarisé Conception ligne analyse verticale Contexte Méthode inventée au LPSC pour multi-ioniser les faisceaux d’ions radioactifs monochargés Vendue à TRIUMF (Canada), reprise à Argonne CARIBU (USA), à KEK (Japon), choisie par SPIRAL2 phase 2 et upgrade SPIRAL1 SPIRAL2 phase 2 (arrêtée depuis 2012) Conception, construction et qualification Booster de charge (T. Lamy-J. Angot) Etudes détaillées, nucléarisation et maintenance, amélioration des performances Ligne N+ verticale analyse booster Etudes détaillées en vue de se positionner pour la construction et la qualification Amélioration des performances Doublement des efficacités depuis 3 ans 16% Ar 8+, 3.7% Na 6+, 9.5% Cs 27+ R&D booster de charge (collaboration financée NuPNET 2012-2015) Enhanced Multi-Ionization of short-Lived Isotopes at EURISOL) pour améliorer les performances LPSC, INFN-LNL, GANIL, JYFL, Varsaw University Développement de sources chaudes 1+ (alcalins) Utilisation de la méthode pour caractériser les plasmas ECR (publication en cours) Stratégie : Réalisation – qualification Booster SPES En cours (livraison mi 2015) 500 k€ Qualification Booster upgrade SPIRAL1 (fin 2015) Répondre à la demande de RISP (Corée) (2020) Poursuivre les collaborations de R&D Source COMIC 2.45 GHz 600°C

7 Sources ECR du futur (60 GHz, dans le monde blocage à 28 GHz) Projet initial (2008) : source d’ions de haute efficacité pour ioniser et buncher les atomes radioactifs fournis par EURISOL pour Beta Beams Collaboration LPSC, LNCMI, IAP-RAS (Russie) Réalisation du premier prototype de source utilisant la techniques des aimants à fort champ (polyhélices @ 26000A, densités de courant 600 A/mm 2 ) Construction d’un gyrotron 60 GHz (350 kW, 3.5Hz, 50 μs-1ms) contrat ISTC « Ligne de faisceau » sur le site M3 du LNCMI avec du matériel prélevé sur nos expériences LPSC Eté 2014 : premiers faisceaux d’ions au monde extraits d’une source ECR 60 GHz à zone de résonance fermée, densité de courant en charges intermédiaires 1 à 2 A/cm2! Objectifs Dérouler un programme de recherche sur les sources d’ions à très haute fréquence afin de définir une stratégie pour les sources d’ions ECR du futur Etudier l’influence des topologies magnétiques sur les caractéristiques de plasmas Source ECR 60 GHz Nouvelle ligne LHI au LPSC Gyrotron et source d’ions 60 GHz au LNCMI Aterglow densité de courant ~ 2 A/cm 2 Stratégie : Formaliser une collaboration sur le long terme avec le LNCMI, JYFL, l’IAP-RAS Projet UGA AGIR PEPS (2 ans) en cours d’évaluation avec l’objectif de préparer une demande ANR et/où un projet FP7 S’intégrer dans la politique de site afin d’installer un jour l’expérience au LPSC

8 Miniaturisation ultime des sources ECR 2.45 GHz Développée par l’équipe sources et intégrées dans les Focused Ion Beams d’Orsay Physics Utilisation des sources pour l’implantation et le dépôt de couches minces Développement de 3 prototypes financés par les organismes de maturation + 1 contrat industriel 2 brevets 5 licences d’exploitation Entrée en maturation en 2012 Création startup Polygon Physics en janvier 2014 hébergée au LPSC (P. Sortais 25-1, T. Lamy 25-2 à 10 %) Multi Beam Sputtering 20 faisceaux, 20 cibles Couches minces Ti, Ti N, Ti Al N sur PHI 200 mm Applications industrielles Source COMIC 2.45 GHz FIB Orsay Physics Équippée de COMIC V1 Développement LPSC source 1 mA protons 5.8 GHz Stratégie : On n’a plus les moyens en RH pour des développements dédiés Profiter des projets pour développer des sources compactes (upgrade GENEPI2) Avoir le réflexe ‘valorisation’ dans nos projets actuels et futurs

9 Analyse « SWOT » Forces L’équipe a une (très) bonne réputation internationale L’équipe n’est pas responsable du fonctionnement d’une machine particulière, situation quasi unique dans le monde, ceci permet de maîtriser notre politique scientifique Infrastructure du laboratoire permet de travailler sur des projets importants Excellente synergies locales au sein du laboratoire et avec ceux du polygone scientifique (LNCMI, Néel) Faiblesses Nécessité d’un support technique permanent, difficile à organiser avec les services techniques dans le cadre de l’organisation par projets (1 poste T CNRS demandé priorité 3 LPSC) Difficulté à financer et à pérenniser sur le long terme la R&D amont (60 GHz), vers H2020 et ANR Veiller à éviter de se disperser sur de multiples projets Opportunités Nous sommes bien positionnés sur les grands projets en cours: SPIRAL2: Responsabilité de la source d’ions lourds de haute intensité (post PHOENIX V3), pas de réel planning actuellement RISP (Corée du sud): attendent une proposition de notre part pour la réalisation complète du booster de charge (incluant les optiques d’injection et d’extraction) pour les RIB’s Polygone scientifique de Grenoble : nous sommes partie prenante dans le grand projet Smart-Colossus ++ (notre objectif au LPSC: plateforme de développement des sources d’ions utilisant les techniques d’aimant à champ fort du type 60 GHz) Liens solides avec la startup Polygon Physics doivent permettre de mieux valoriser nos résultats Menaces Concentration des compétences au sein d’une équipe de petite taille Financements récurrents insuffisants pour la maintenance technique des installations (nécessité impérative de trouver régulièrement des financements additionnels)

10 Quelques rappels de l’annexe 6 (équipe sources) Communications 2 Articles dans des revues à comité de lecture 7 Présentations invitées en conférences/workshops 7 Cours donnés dans une école sur invitation 20 Communications avec actes 9 Communications orales sans actes 20 Communications par affiche dans un congrès international ou national 4 Séminaires sur invitation 1 Thèse soutenue en 2010 Organisation du workshop international sur les sources d’ions ECR en 2010 (+ de 100 participants) Enseignements Joint Universities Accelerator School et CERN Accelerator School Stages Stages d’étudiants M1 M2: 1 à deux par an 1 stagiaire de 3 ième (observation d’entreprise) Visite de nombreuses classes de première et terminale pour la fête de la science Prix et distinctions: 2ième prix FIEEC (Fédération des Industries Electriques, Electroniques et de la Communication) de la recherche appliquée (P. Sortais, 2011) Cristal du CNRS (T. Lamy, 2010) Production scientifique 2009-2014