R&D sur le Booster de charge au LPSC 1

R&D sur le Booster de charges PHOENIX LPSC Grenoble

J. Angot

R&D sur le Booster de charge au LPSC

SOMMAIRE

L’amplification d’état de chargePrincipe

Application

Le Booster de charges du LPSCUne source d’ions ECR

Banc de test associé

Performances

R&D sur le Booster de chargesDerniers développements

Collaboration Européenne sur le Booster de charges

Les projets en cours

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R&D sur le Booster de charge au LPSC

L’amplification d’état de charge / principe

Transformation d’un faisceau d’ions mono chargés en un faisceau d’ions multichargés

Le Booster de charges est caractérisé par :

+ son rendement global et celui propre à chaque état de charge

+ la durée nécessaire à l’amplification

+ l’émittance des faisceaux produits

+ la dépendance des performances en fonction du courant et de l’émittance du faisceau 1+

+ la facilité de maintenance et le coût de l’instrument

+ la pollution ou les impuretés

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Booster de charges1+ Σ N+

i i

B B

R&D sur le Booster de charge au LPSC

L’amplification d’état de charges / Application

Principe de la méthode ISOLInstallations de production de faisceaux radioactifs accélérés par la méthode ISOL :

CERN-ISOLDE, CARIBU, KEK, SPIRAL2 phase 2, SPES

puis pour le futur, EURISOL (« très haute » intensité).

Qq 10 MeV et qq mA

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Source d’ions

Haute intensité

Accélérateur ‘pilote’

Faisceau de haute intensité et de haute énergie

cibleSource d’ions

1+

AtomesRadioactifs Grande efficacité

Booster de charge

Post accélérateur

Grande efficacité

Experiences

Faisceau d’ions radioactifs multichargés

basse énergie

Faisceau d’ions

radioactifs monochargés basse énergie

30keV nA

Production d'isotopes radioactifs séparés en ligne (méthode ISOL)

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L’amplification d’état de charges / Application

Exemple dans le cadre du projet Spiral 2

Le LPSC est impliqué dans la source q/A = 1/3, les coupleurs, le Booster de charges et la ligne N+ analyse Booster

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Le Booster de charges du LPSC / Source ECR

Le booster de charge est une source d’ions dans laquelle on injecte un faisceau d’ions 1+

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40 kV DeltaV

HF14 GHz200 à 450 W

Optique d’injection

gazOptique d’extraction

Bobines et culasse

Hexapole

Haute tension

B ecr

Bz( T)

Problématique de l’injection d’un faisceau au lieu d’un gaz

R&D sur le Booster de charge au LPSC

Le Booster de charges du LPSC / Banc de tests

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Eléments d’optiqueDiagnostiquesPolarisation

∆ VHT

R&D sur le Booster de charge au LPSC

Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques

Mesures ∆ V

Moyenne sur plusieurs cycles

Exemple de mesures pour

Gaz : Ar8+

Condensable : Rb15+

Pas de recyclage des ions du faisceau 1+ touchant la chambre du Booster

Mesures d’émittances sur faisceaux 1+ et N+ / plan Horizontal et vertical

Emittancemètre de type Allison

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R&D sur le Booster de charge au LPSC

Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques

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Espèce Capture globale (%) Charge / Rendement (%)

Argon 75 8+ / 16.2

Xénon 80 9+ / 11.2

Rubidium 55 17+ / 7.5

T start

T 90%I on

t

IN+

IN0+

Paramètre important dans le cas des radioactifs

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Le Booster de charges du LPSC / Projets

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Spiral 2 : « nucléarisation » du Booster de charges qui est situé en zone jaune

SPES LNL

Conception mécanique pour :

réduire les délais de démontage (démarche ALARA)

et prendre en compte

les principes de maintenance des pièces contaminées

les conditions de fonctionnement

les principes d’alignement

La phase 2 de SPIRAL 2 est actuellement mise en suspens

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R&D / Derniers développements

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SPES LNL

Amélioration de l’optique de la ligne N+

Simulation du transport dans la ligne d’analyse N+

Mise en place d’une lentille de Einzel avant le dipole d’analyse

Amélioration de la transmission et par conséquent des rendements

Dipole magnétiqueLentille -25kV

0 kV

Etats de charge Argon

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R&D / Derniers développements

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Amélioration du vide

Fonctionnement du Booster sur vide résiduel, sans gaz supportPinj ≈ 8 10-7 mb

Augmentation de la capacité de pompage côté injection + 1000 l/sPinj ≈ 3 10-7 mb

Mesure de meilleures efficacités à plus hauts états de charge, nécessité d’un gaz support

Le vide pourrait encore être amélioré en travaillant sur l’étanchéité, les états de surface…L’influence du vide a été démontrée sur le Booster d’Argonne (ANL) où, par exemple, une diminution du vide de 1x10-7 à 7.5 x10-8 Torr à amélioré d’un facteur 6 l’efficacité pour 85Rb17+

Etats de charge Argon

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R&D / Collaboration Européenne

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NUPNET (Réseau Européen pour donner de la cohérence aux développements d’infrastructures et d’équipements pour la recherche en physique nucléaire EMILIE (Enhanced Multi-Ionization of short-Lived Isotopes at EURISOL)

INFN (It), JYFL (Fi), SLCJ (Pl), GANIL (Fr), LPSC (Fr) R&D sur les technologies EURISOL : composants d’accélérateurs, cibles et sources d’ions

Optimisation de l’efficacité du BoosterCapture du faisceau 1+Optimisation du couplage des micro ondes du Booster

Reproductibilité des performancesEtude de l’influence du confinement magnétique sur la stabilité du plasmaNouvelle configuration magnétique / nouvel hexapôle

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R&D / Collaboration Européenne

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SPES LNL

Recyclage de paroi et réduction des polluantsSource 1+ chaude à 2.45 et 5.8 GHzDéveloppement d’une chambre à plasma en 2 parties

Source 1+ COMIC « Chaude »T° ciblée de 650°C pour la production d’alcalins une 2e version à 1200°C sera réalisée

Simulation thermique Ansys de la source chaude

Simulations HFSS du couplage HF

20mm

R&D sur le Booster de charge au LPSC

R&D / EMILIE

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Efficacité sur Ar11+ en fonctionde la puissance ajoutée

Etude des paramètres affectant l’efficacité du Booster• effet d’un gaz additionnel et excitation par 2 fréquences

Excitation par 2 frequences

Effet sur la distribution d’état de charge du Krypton et comparaison avec une source ECR conventionnelle

On constate que l’absence de bias disc et un champ magnétique moins important à l’injection n’ont pas

d’impact sur la distribution

• Efficacités meilleures à certaines fréquences dans cette configuration

• Pas d’amélioration de la performance Klystron seul dans la meilleure configuration

• A certaines fréquence : perturbation complète du plasma et de la capture : efficacités « négatives »

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Le Booster de charges du LPSC / Projets

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R&D au LPSCEn fonctionnementProjets en cours :+ pas de R&D sauf Spiral 1+ « nucléarisation » du Booster (ALARA)Boosters ECR dérivés

SPES LNL Legnaro

Spiral 1 & 2Ganil Caen

TRIUMFVancouver

LPSCGrenoble

KEKTsukuba

ANLArgonne

R&D sur le Booster de charge au LPSC

Le Booster de charges du LPSC / Projets

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R&D au LPSCEn fonctionnementProjets en cours :+ pas de R&D sauf Spiral 1+ « nucléarisation » du Booster (ALARA)Boosters ECR dérivés

SPES LNL Legnaro

Spiral 1 & 2Ganil Caen

TRIUMFVancouver

LPSCGrenoble

KEKTsukuba

ANLArgonne

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