Etudes et conception dun refroidisseur RF pour des

Etudes et conception d’un refroidisseur RF pour des faisceaux d’ions radioactifs de haute intensité Florian DUVAL Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen Rencontres Jeunes Chercheurs 2007, Dinard, France Vendredi 14 Decembre 2007 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007

Introduction • Spiral 2 : Intensité en hausse • Installation basse-énergie DESIR@Spiral 2 – Spectroscopie laser – Mesure de masse – Etude de la désintégration ß – … • Dispositifs très sensibles aux polluants • Rareté des espèces d’intérêt Production Séparation Expérience Ø Il est nécessaire de purifier le faisceau 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 2

Plan • Pourquoi refroidir les ions ? • Principe • La charge d’espace • Le premier prototype : SHIRa. C • Prédictions numériques • Conclusion - Perspectives 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 3

Pourquoi refroidir un faisceau? • Une partie des ions d’intérêt sont arrêtés par les fentes • Des contaminants subsistent 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 Dipôles magnétiques 4

Pourquoi refroidir un faisceau? Cooler On introduit le cooler Le faisceau est fin et parallèle Seuls les ions d’intérêt sont conservés 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 5

Comment piéger les ions? • Potentiel électrostatique • Modulation radiofréquence – Piégeage radial des ions • Potentiel DC axial pour guider et extraire les ions 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 6

Comment refroidir les ions? • Collision des ions sur un gaz-tampon – Hélium à quelques Pascal – Tion ~ 100 e. V Gaz • Modélisation par une approche microscopique Ion Terme d’attraction dipolaire Terme d’attraction quadrupolaire Terme de repulsion 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 7

Comment refroidir les ions ? • Validation des matrices de diffusion : Ø Comparaison entre valeurs calculées et expérience Ø Observables : • Vitesse de dérive • Section efficace de collision • Mobilité des ions 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 8

La charge d’espace • Phénomène concurrent du cooling Ø La repulsion coulombienne entre les ions piégés Ø Principale problématique de ce projet • Comparaison : Technologie actuelle Objectifs Emittance ~ 2 π. mm. mrad > 1 π. mm. mrad Intensité qql n. A qql µA 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 9

La charge d’espace • Modélisation via le théorème de Gauss • Comparaison avec la « beam repulsion » de Simion 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 10

Le premier prototype : SHIRa. C 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 11

Design géométrique Longueur = 70 cm Rayon = 3 mm 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 12

Le dispositif expérimental Technologie actuelle Objectifs VRF 250 V 0 p 5000 V 0 p f. RF 0. 3 – 1. 3 MHz 8 MHz DC RF Ø Filtre 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 passe-bas 13

Prédictions numériques • Faisceau à l’entrée : 133 Cs+ beam • Emittance : 75π. mm. mrad • Energie : 20 ke. V • Intensité : 1µA • Distance de « cooling » à 0. 05 mbar ~ 400 mm • Emittance de sortie > 1π. mm. mrad • Efficacité d’injection ~ 25 % 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 14

Prédictions numériques Pertes à l’injection Bonne décélération et focalisation 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 15

Prédictions numériques • Modification du quadrupole Ø 2 sections avec des rayons internes différents Ø 5 mm et 3 mm + une jonction à 4 mm • Meilleure efficacité d’injection (~100%) • Refroidissement identique • Même emittance de sortie • Meilleure efficacité totale 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 16

Conclusion - Perspectives • SHIRa. C : refroidisseur haute intensité • Premier prototype : • • Partiellement teste au CSNSM Simulé Installation et modifications en cours Prochaines mesures en Janvier • Développement : • Nouveau design • Electronique RF 14 -12 -2007 F. Duval, JRJC 2007 17

Merci de votre attention • LPC-Caen o G. Ban o F. Duval o J. F. Cam o P. Desrues o J. M. Gautier o Y. Merrer o J. Tillier o P. Vallerand 14 -12 -2007 • CSNSM-Orsay o S. Cabaret o O. Gianfrancesco o D. Lunney • Mc Gill o R. B. Moore F. Duval, JRJC 2007 18