Présentation réalisée par Bruno MERCIER Responsable du groupe Vide au LAL Décembre 2010.

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1 Présentation réalisée par Bruno MERCIER Responsable du groupe Vide au LAL Décembre 2010

2 Factories Super-Factories Storage rings HER 7 Gev (positrons) LER 4GEV (électrons) Faible émittance, faible taille du faisceau, Au point dimpact grand angle dinteraction (Piwinski angle) et interaction au point de focale des 2 faisceaux (crab waist) Augmentation de la luminosité (nombre dévénement par unité de section efficace et par temps ) Anneaux de collisions SUPERB Circonférence des deux anneaux ~ 1258 m

3 La désorption par impact ionique Cell HER#2 Le mécanisme: Ionisation du gaz résiduel par le faisceau Accélérations de ces ions par le champ électrique du faisceau (e+,p) LImpact ions surface engendre une désorption moléculaire Rendement = molécules désorbées Type de matériaux, état de surface, énergie et type de la particule, angle dincidence, dose de particule ions incidentes Déterminer expérimentalement Le paramètre important Baked stainless steel A.G. Mathewson, CERN ISR-VA/76-5 Ion N 2 +

4 Ordre de grandeur du flux ionique Courant moyen I=1,892 A ion = 10 10 ions/s/m [1] Section efficace dionisation H 2 @6.7 Gev = 32.10 -24 m 2 Pression H 2 @20°c P= 10 -9 mbar [1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN Pour SuperB le flux de photon sera environ 1 milliard de fois plus important Ionisation simple, densité moléculaire et électronique uniforme Energie moyenne des ions arrivant sur la surface Pour un faisceau circulaire avec un profil gaussien Le champ électrique engendré par le faisceau en fonction de la distance r / au centre du faisceau [2] The ion impact energy on the LHC vacuum chamber walls O.B. Malyshev CERN T temps entre 2 paquets durée dun paquet I courant moyen 0 dimension rms faisceau I=1.892 A 0 = 7.211 m en x T =4.292 ns = 16.67 ps X 0 Et (V/m )

5 Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite) Principe du programme de simulation Distribution Gaussienne du faisceau e + Distribution Gaussienne des ions Ionisation Découpage du faisceau e+ en n parties Générer une gaussienne pour chaque partie (position des ions) ind = nbre dions simulés Appliquer le champ électrique à chaque ion Déterminer sa nouvelle position, sa vitesse et son énergie pour t = /n Test si fin du bunch Test si sa position est supérieur au rayon R de la chambre non oui Espace de glissement pendant T Déterminer sa nouvelle position Test si sa position est supérieur au rayon R de la chambre non T n parties

6 Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite) Les temps de calcul sont importants (nbre de particules, nbre de paquets et découpage faisceau en n parties) Les résultats: I = 1.892 A 0 = 7.211 m T =4.292 ns = 16.67 ps Nbre de particules simulés ind =1000 Découpage en n=100 partiesR=47.5 mm Ion H 2 + E m 7.6 Kev Ion Ch 4 + E m 1.5 Kev Ion Co + E m 1.2 Kev Ion Co 2 + E m 1.1 Kev Prendre en compte la géométrie du faisceau et de la chambre, faire varier les différents paramètres du programmes (nombre de particules, nombre de découpage,..), ….. Position dionisation (m) E (ev ) Ind=1037 particules N=100 parties 50 bunch Ion H 2 + Ion CO + Ind=1037 particules N=100 parties 150 bunch

7 Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite) Position dionisation (m) E (ev) Ion CO + Ind=1037 particules N=100 parties 150 bunch Distance en m Énergie (ev) Différents parcours des ions pour 3 positions différentes dionisation

8 Le rendement de désorption Les mesures expérimentales M. P. Lozano « Ion-induced desorption yeld measurements from copper and aluminium » Vacuum 67 (2002) G. Hulla « low energy ion induced desorption on technical surfaces at room temperature » Thèse Cern (2009) Ion Gaz H2+H2+ Ch 4 + Co + Co 2 + H2H2 0.30.550.350.45 Ch 4 0.020.030.040.05 Co0.10.50.91.5 Co 2 0.010.10.180.3 Sur du cuivre OFHC étuvé et à la température ambiante Ion H 2 + E m 7.6 KevIon Ch 4 + E m 1.5 Kev Ion Co + E m 1.2 KevIon Co 2 + E m 1.1 Kev extrapolation Les rendements de désorption

9 Le rendement de désorption (suite) G. Hulla, PhD Thesis, Vienna Tech. U, 2009 7 keV, Cu Baked, CO + Pas deffet de conditionnement pour ces doses dions ion = 2.10 14 ions/cm 2 /an Pour superB (HER#2)

10 Simulation avec le programme VASCO Simulation de la désorption ionique sur HER#2 A. Rossi Vasco (Vacuum Stability code) multi-gas code to calculate gas density profile in a UHV system. Project-Note-344 Cern (2004) le modèle de désorption ionique multi-gaz Simulation de HER#2 avec son dégazage photonique et son pompage distribué Distance en cm Pression (mbar)

11 [ 1] Section efficace dionisation E=6.7 Gev Co = 190.10 -24 m 2 Co 2 = 298.10 -24 m 2 Ch 4 = 168.10 -24 m 2 [1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite) H 2 = 32.10 -24 m 2 Ion Gaz H2+H2+ Ch 4 + Co + Co 2 + H2H2 0.30.550.350.45 Ch 4 0.020.030.040.05 Co0.10.50.91.5 Co 2 0.010.10.180.3 Les rendements de désorption Courant moyen I=1.892 A La désorption ionique dans ces conditions reste négligeable Simulation HER#2 avec pompage distribué, désorption photonique et ionique Pression (mbar) Distance en cm

12 Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite) Évolution de la pression en fonction du courant moyen Simulation HER#2 pour x=2045.5 cm avec pompage distribué, désorption photonique (constante) et ionique Simulation HER#2 pour x=1479.5 cm sans pompage distribué dans les aimants, désorption photonique (constante) et ionique Pression (mbar) Courant moyen en A Divergence pour un courant critique I c = 72 ADivergence pour I c = 5.2 A I=1.892 A Ch4@45%, (H2 et CO2)@ 30% et CO@132%

13 Calcul analytique du courant critique S/2 L=5,68 m C conductance Divergence pour avec Ic = 29 A C=7 l/s S=60 l/s S T =0 H2@6.7 Gev = 32.10 -24 m 2 I=1,892 A = 1 S T capacité totale du pompage distribué sur L S T =225 l/s Ic = 225 A Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite) Évolution de la pression en fonction du courant moyen Simulation HER#2 pour x=766.5 cm sans pompage distribué dans les aimants, désorption photonique et ionique (système simple et modèle gaz indépendant) avec des Rendements plus défavorables Ion Gaz H2+H2+ Ch 4 + Co + Co 2 + H2H2 0.30.550.350.45 Ch 4 0.020.030.040.05 Co0.10.50.91.5 Co 2 0.010.10.180.3 Ic passe de 5,2 A à 3.5 A Pression (mbar)

14 En conclusion La désorption ionique est négligeable pour un pompage (non saturé) distribué à lintérieur des chambres pour HER#2 La désorption ionique peut avoir une influence par exemple au point dimpact ou la chambre est longue et de faible diamètre et ou il est difficile de mettre un pompage distribué ??? Dans des cas critiques, nécessité daméliorer la simulation Prendre en compte la géométrie du faisceau et de la chambre,… Déterminer plus précisément lénergie dimpact des ions Peu de données sur les rendements de désorption ionique de matériaux. ( variation importante des rendements en fonction des sources)