RD sur le Booster de charges PHOENIX LPSC

R&D sur le Booster de charges PHOENIX LPSC Grenoble J. Angot R&D sur le Booster de charge au LPSC 1

SOMMAIRE L’amplification d’état de charge Principe Application Le Booster de charges du LPSC Une source d’ions ECR Banc de test associé Performances R&D sur le Booster de charges Derniers développements Collaboration Européenne sur le Booster de charges Les projets en cours R&D sur le Booster de charge au LPSC 2

L’amplification d’état de charge / principe Transformation d’un faisceau d’ions mono chargés en un faisceau d’ions multichargés i 1+ i B Booster de charges B Σ N+ 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 R&D sur le Booster de charge au LPSC 3

L’amplification d’état de charges / Application Principe de la méthode ISOL Installations de production de faisceaux radioactifs accélérés par la méthode ISOL : CERN-ISOLDE, CARIBU, KEK, SPIRAL 2 phase 2, SPES puis pour le futur, EURISOL ( « très haute » intensité). Haute intensité Source d’ions Faisceau de haute intensité et de haute énergie Atomes Radioactifs cible Accélérateur ‘pilote’ Source d’ions 1+ Qq 10 Me. V et qq m. A Experiences Post accélérateur Grande efficacité Booster de charge Faisceau d’ions radioactifs multichargés basse énergie Faisceau d’ions radioactifs monochargés basse énergie 30 ke. V n. A Grande efficacité Production d'isotopes radioactifs séparés en ligne (méthode ISOL) R&D sur le Booster de charge au LPSC 4

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 R&D sur le Booster de charge au LPSC 5

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+ Bz( T) B ecr elta. V 40 k. V D Optique d’extraction gaz Haute tension Optique d’injection Hexapole Bobines et culasse R&D sur le Booster de charge au LPSC HF 14 GHz 200 à 450 W Problématique de l’injection d’un faisceau au lieu d’un gaz 6

Le Booster de charges du LPSC / Banc de tests HT ∆ V Eléments d’optique Diagnostiques Polarisation R&D sur le Booster de charge au LPSC 7

Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques Mesures ∆ V Moyenne sur plusieurs cycles Exemple de mesures pour Gaz : Ar 8+ Condensable : Rb 15+ 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 R&D sur le Booster de charge au LPSC 8

Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques IN+ Espèce Capture globale (%) Charge / Rendement (%) Argon 75 8+ / 16. 2 Xénon 80 9+ / 11. 2 Rubidium 55 17+ / 7. 5 T 90% Paramètre important dans le cas des radioactifs R&D sur le Booster de charge au LPSC IN 0+ t I on T start 9

Le Booster de charges du LPSC / Projets Spiral 2 : « nucléarisation » du Booster de charges qui est situé en zone jaune Conception mécanique pour : ü réduire les délais de démontage (démarche ALARA) et prendre en compte ü les principes de maintenance des pièces contaminées ü les conditions de fonctionnement ü les principes d’alignement SPES LNL La phase 2 de SPIRAL 2 est actuellement mise en suspens R&D sur le Booster de charge au LPSC 10

R&D / Derniers développements Amélioration de l’optique de la ligne N+ Lentille -25 k. V Dipole magnétique 0 k. V ü Simulation du transport dans la ligne d’analyse N+ ü Mise en place d’une lentille de Einzel avant le dipole d’analyse ü Amélioration de la transmission et par conséquent des rendements R&D sur le Booster de charge au LPSC SPES LNL Etats de charge Argon 11

R&D / Derniers développements Amélioration du vide Fonctionnement du Booster sur vide résiduel, sans gaz support Pinj ≈ 8 10 -7 mb Augmentation de la capacité de pompage côté injection + 1000 l/s Pinj ≈ 3 10 -7 mb Mesure de meilleures efficacités à plus hauts états de charge, nécessité d’un gaz support Etats de charge Argon 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 1 x 10 -7 à 7. 5 x 10 -8 Torr à amélioré d’un facteur 6 l’efficacité pour 85 Rb 17+ R&D sur le Booster de charge au LPSC 12

R&D / Collaboration Européenne NUPNET (Réseau Européen pour donner de la cohérence aux développements d’infrastructures et d’équipements pour la recherche en physique nucléaire Ø EMILIE (Enhanced Multi-Ionization of short-Lived Isotopes at EURISOL) INFN (It), JYFL (Fi), SLCJ (Pl), GANIL (Fr), LPSC (Fr) Ø R&D sur les technologies EURISOL : composants d’accélérateurs, cibles et sources d’ions Optimisation de l’efficacité du Booster § § Capture du faisceau 1+ Optimisation du couplage des micro ondes du Booster Reproductibilité des performances Etude de l’influence du confinement magnétique sur la stabilité du plasma § Nouvelle configuration magnétique / nouvel hexapôle R&D sur le Booster de charge au LPSC 13

R&D / Collaboration Européenne Recyclage de paroi et réduction des polluants § § Source 1+ chaude à 2. 45 et 5. 8 GHz Développement d’une chambre à plasma en 2 parties Source 1+ COMIC « Chaude » T° ciblée de 650°C pour la production d’alcalins une 2 e version à 1200°C sera réalisée Simulations HFSS du couplage HF Simulation thermique Ansys de la source chaude 20 mm R&D sur le Booster de charge au LPSC SPES LNL 14

R&D / EMILIE 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 R&D sur le Booster de charge au LPSC • • Efficacité sur Ar 11+ en fonction de la puissance ajoutée 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 » 15

Le Booster de charges du LPSC / Projets TRIUMF Vancouver ANL Argonne KEK Tsukuba Spiral 1 & 2 Ganil Caen R&D au LPSC En fonctionnement Projets en cours : + pas de R&D sauf Spiral 1 + « nucléarisation » du Booster (ALARA) Boosters ECR dérivés R&D sur le Booster de charge au LPSC Grenoble SPES LNL Legnaro 16

Le Booster de charges du LPSC / Projets TRIUMF Vancouver ANL Argonne KEK Tsukuba Spiral 1 & 2 Ganil Caen R&D au LPSC En fonctionnement Projets en cours : + pas de R&D sauf Spiral 1 + « nucléarisation » du Booster (ALARA) Boosters ECR dérivés LPSC Grenoble SPES LNL Legnaro Merci de votre attention R&D sur le Booster de charge au LPSC 17