DVELOPPEMENT DE DIAGNOSTICS FAISCEAU LIRFU Aurore Dumancic Doctorante

DÉVELOPPEMENT DE DIAGNOSTICS FAISCEAU À L’IRFU Aurore Dumancic – Doctorante CEA Saclay / DRF / Irfu / SACM / Léda LES JOURNÉES ACCÉLÉRATEURS ROSCOFF DU 3 AU 6 OCTOBRE 2017

GRANDEURS DU FAISCEAU • • • Y Position Dimensions Distribution angulaire Distribution d’intensité Profil Composition : quantité/ions pureté • • I Charges d’espace Énergie Tension d’accélération … Y I X X 100 80 60 40 Z I 20 0 λ Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

PROJETS - DIAGNOSTICS À L’IRFU Grandeurs Diagnostics Energie Dipôle Diagnostics développés récemment /en développement à l’Irfu : Divergence Position BPM Profileurs Taille Emittancemètres Courant ACCT Faraday Cup Pureté Filtre de wien Doppler Pertes BLM Charges d’espace 4 grilles Pour les projets : • (new) Beam Loss Monitor • Beam Position Monitor • Filtre de Wien • Emittance Measurement Unit • Non-invasive Profil Monitor • Secondary Emission Monitor … Ø Doppler ESS Ø Filtre de Wien FAIR Ø EMU ESS Ø EMIT 4 D Myrte Ø NPM ESS Et bien d’autres. . . Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

DOPPLER - PRINCIPE Z θ Mesure la pureté du faisceau en déterminant les proportions d’ions H+, H 2+ et H 3+ Décalage Doppler de la raie Hα de l’hydrogène Faisceau de protons H 0(H+) H 0(H 2+) H 0(H 3+) Plasma H 0 Fibre optique transport de la lumière ~Pression Spectrographe Optique analyse de la lumière Section efficace Angle solide Dl. H+ Dl. H 2+ Dl. H 3+ Lumière/raie Aurore Dumancic lumière due à l’excitation du gaz résiduel Doppler D. . FDW EMU EMIT 4 D ~1 Quantité de l’ion NPM ? 5/10/2017

AU AXE FAISCE θ Andor spectrographe Monochromateur shamrock 500 i + CCD Newton 920 Preliminary tank ESS Catania INFN + FO DOPPLER - TECHNOLOGIES Aurore Dumancic IHM du Doppler ESS Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

FILTRE DE WIEN - PRINCIPE & TECHNOLOGIES Mesure la pureté du faisceau en déterminant les proportions d’ions H+, H 2+ et H 3+ Filtre de vitesse effectué par couplage de champs magnétique et électrique orthogonaux B V+ VB Aurore Dumancic Ø mesure temporelle Doppler FDW F. . EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

FILTRE DE WIEN & DOPPLER - RÉSULTATS Doppler : système non interceptif et simple Filtre de Wien : mesure tous les éléments du faisceau mesure temporelle Des mesures de plus en plus proches Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

EMU – PRINCIPE & TECHNOLOGIES Mesure l’émittance d’un axe transverse du faisceau Corrélation de l’angle transverse et de la déflexion électrostatique L 1 L 3 L 2 +V g Fente : sélectionne un pinceau et arrête le reste du faisceau Plaques électrostatiques déviatrices : Courbe le pinceau de faisceau Collecteur : Mesure l’intensité du pinceau défléchi Système déplacement : Balaye la totalité du faisceau -V Faisceau ESS Valeur ? Brasage de Cuivre et de Tungstène ? Energie 75 k. V Intensité 90 m. A Fréquence 14 Hz Cycle utile 10% 7, 5 k. W Max. = 165 W/mm² Bouclier en W + refroidissement par le Cu Compression Isostatique à Chaud (CIC 1400 bars 920°C) avec boite à eau en inox soudée Remplacement du W par du TZM pour les fentes amovibles Ø Grosse densité de puissance à gérer…. Aurore Dumancic Doppler FDW EMU E. . EMIT 4 D NPM Dilatation thermique (strain/°C) W 4. 2 -4. 4 10 -6 Cu 16. 8 -17. 3 10 -6 TZM 4. 7 -5. 5 10 -6 ? 5/10/2017

EMU – TECHNOLOGIES & RÉSULTATS EMU Une résolution au millième Echantillonneur faisceau & Fentes d’entrée amovibles Un système fonctionnel et testé CIC avec boite à eau soudée Des fentes amovibles : test du TZM encore peu utilisé Résultats EMU ESS Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

EMU & EMIT 4 D - DIFFÉRENCES Avec un Allison scanner… Y’ Y Y’>0 Y Z Y’<0 X’ Avec deux Allison scanners… X X’=0 Pas de corrélations deux axes transverses 2 x 2 D Z X Avec un Poivrier … Y X Y ’ Y’>0 X’=0 Aurore Dumancic 4 D X’ Z Doppler EMU EMIT 4 D E. . Y Y X X’ X FDW X’ X Y Y’<0 Y’ Y’ NPM ? 5/10/2017

EMIT 4 D - PRINCIPE Mesure l’émittance des deux axes transverses du faisceau simultanément Relation géométrique entre l’angle d’une particule sélectionnée et son image à une position longitudinale différente Poivrier : Echantillonne le faisceau (trous calibrés) Scintillateur : Réagit aux pinceaux de faisceau sélectionnés Système de déplacement : Multiplie les mesures et balaye le profil transverse intégralement Augmente la résolution Doppler FDW y Aurore Dumancic Fort courant : 100 m. A Système d’acquisition: Mesure la lumière émise par l’impact des pinceaux de faisceau sur le scintillateur X Z Y z x EMU EMIT 4 D EMIT 4. . NPM ? 5/10/2017

EMIT 4 D - TECHNOLOGIES Système de déplacement : pas à pas 50µm, Course 10 mm X & Z Scintillateur : Sensibilité µA Type Poudre déposée sur support métallique Cristal translucide Nom Composition P 47 P 22 P 46 P 31 35 BGO SKB 10 B 35 LYS GSI Y 2 Si. O 5: Ce Y 2 O 2 S: Eu Y 3 Al. O 12 : Ce 3+ Zn. S: Cu BGO YAG Lu 1. 8 Y 2 Si 05: Ce Ba. F 2 dopé AL 2 O 3: Cr Test sur BETSI à 35 ke. V Système mécanique Diélectrique opaque Test sur JANNUS à 3 Me. V Système d’acquisition : Caméra 4 MPxl 29*29*60, 5 mm Poivrier Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

EMIT 4 D - TECHNOLOGIES Ø Arrêter une grosse densité de puissance sans déformer les trous à la base de la mesure …. Poivrier : CIC Cu-W- boite à eau en inox soudé EMIT 4 D Ø liaison mécanique non assuré, cotes non respectées (5 mm d’inflexion), mauvais état de surface Défi technologique Poivrier = CIC avec boite à eau soudé & perçages de 70µm dans le W Prototype réhabilité Encore des tests scintillateurs 121 trous de Ø 70µm Jet d’eau guidé par laser Aurore Dumancic Doppler Ø 5 trous repris sur 9, mauvais diamètre et déformé. FDW EMU EMIT 4 D On veut un prototype fonctionnel Tests sur IPHI bientôt NPM ? 5/10/2017

NPM - PRINCIPE Mesure d’un profil transverse du faisceau Fluorescence Profile Monitor (FPM) Lumière due à l’excitation du gaz résiduel par le faisceau Y Hublot + Caméra Chambre I X Y + Faible dépendance à la charge d’espace - Section efficace faible Ionization Profile Monitor (IPM) Déflexion électrostatique Électrodes déviatrices : dévie les ions vers le collecteur détecteur Aurore Dumancic Gaz résiduel 10 -9 Chambre OFF 0 V ON 30 KV I Réseau de résistances : assure l’uniformité du champs Collecteur X Doppler FDW EMU + Grande section efficace - Sensibilité à la charge d’espace distorsion du profil EMIT 4 D NPM N. . ? 5/10/2017

Strips conductrices Optique Matrice de pixels NPM - TECHNOLOGIES NPM IPM Strips déjà fonctionnel MCPs & scintillateurs en test Scintillateurs Fit. Pix Yag: Ce BGO P 420 Tests sur IPHI Optique Strips Modèle 3 D de l’installation sur la ligne déviée de IPHI Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

EN RÉSUMÉ … Grandeurs Diagnostics Energie Dipôle Pureté : Doppler & Filtre de Wien Qualité : EMU & EMIT 4 D Dimension et intensité : EMU, EMIT 4 D & NPM Divergence Position BPM Profileurs Taille Emittancemètres Courant ACCT Faraday Cup Pureté Filtre de wien Doppler Pertes BLM Charges d’espace 4 grilles 2 -3 ans de développement ~5 ans Dynamique faisceau Physique atomique Matériau Mécanique Thermique Electronique Commande contrôle et traitement Innovation Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM ? 5/10/2017

MERCI Franck Senée Olivier Tuske Jacques Marroncle … Et la liste est longue, je tiens à remercier tout ceux qui ont participé à l’élaboration de ces diagnostics. Aurore Dumancic Doppler FDW EMU EMIT 4 D NPM 5/10/2017