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Les sources d’ions légers à haute intensité au CEA Saclay

Les sources d’ions légers à haute intensité au CEA Saclay . Roscoff 2013 Tuske Olivier / Irfu /DSM/SACM/LEDA. Points Abordés. Sources ECR pour les ions legers Principe et bestiaire La problématique des accélérateurs fort-courants Quelques mots sur la R&D :

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Les sources d’ions légers à haute intensité au CEA Saclay

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Presentation Transcript


  1. Les sourcesd’ions légersà haute intensitéau CEA Saclay Roscoff 2013 Tuske Olivier /Irfu/DSM/SACM/LEDA

  2. Points Abordés • Sources ECR pour les ions legers • Principe et bestiaire • La problématique des accélérateurs fort-courants • Quelques mots sur la R&D : • Source ALISES (thèse de S. Nyckees) • BETSI : Banc d’Etudes et de Tests des Sources d’Ions • Conclusions

  3. 1.Principe ECR

  4. Principe ECR 2.45GHz HF Adap Générateur HF Système magnétique Isolant Système d’extraction adapté Pulsé ou continu Pcrète=2 kW H2 D2 Guide d’onde 2,45GHz Haute Tension Blindage magnétique

  5. Zone de chauffage ECRmagnétisme + RF B1 B2 B1 B2 Opera code BEAM HF BEAM HF Module B Iso-Module 875Gauss 2.45GHz Calculs magnétostatiques Calcul RF  Aboutir a une géométrie permettant de concentrer l’énergie HF au « bon » endroit HF CST

  6. AXCEL code Opera code 25 mrad rf=10 mm Zone d’extraction des ions Potentiel + géométrie + électrostatique

  7. Les différentes sources ECRdéveloppées à SACLAY SILAP-1 SP2 IFMIF-1

  8. Magnetic and electrostatic calculations Deuteron beam BeamExtraction (10 kW) Source SILHI AXCEL CODE Opera CODE Source opérationnelle

  9. Injecteur IFMIF OPERA 3D CODE AXCEL CODE Source livrée au Japon, actuellement en caisse

  10. Injecteur SPIRAL2 Source livrée au GANIL, actuellement en caisse aussi

  11. Magnetic, thermal and electrostatic calculations RF injection and coupling HV Technic CEM Materials BeamExtraction  Control system Techniques à maitriser date de présentation

  12. 2.Les sources ECR pour les accélérateursla problématique des forts courants

  13. Problématique des accélérateurs En résumé: plus la LBE sera longue et plus les phénomènes d’interaction seront importants et donc néfastes pour garder l’émittance la plus faible possible

  14. Un injecteur pour accélérateur Entrée RFQ Point Zéro extraction SOLENOIDES

  15. Cahier des charge d’une source d’étude • Source + Tube Accélérateur permettant de gagner 20cm sur la LEBT • Conception « astucieuse » du champ magnétique pour chauffer les électrons et un système d’extraction compact et polyvalent • Source d’étude • On veut tester des paramètres précis de la source comme les dimensions de la chambre plasma •  Vers un miniaturisation des sources • Source stable et polyvalente • Démontage pas trop compliqué pour faire des essais simples

  16. 3.Source ALISESALISES : Advanced Light Ion Source and Extraction SystemBETSIBanc d’ étude et de tests des Sources d’ions

  17. L’idée de départ SILHI • Avantages multiples : • Gain de 20 cm sur la LEBT • Alimentation bobine source à la masse • Bobine aide à focaliser le faisceau extrait ALISES Gain

  18. ALISES ALISES est une grosse source

  19. ALISES SOURCE D’étude Mode Pulsé UNIQUEMENT • Réduction des dimensions de la chambre plasma en Longueur et en Diamètre  Perspective de miniaturisation • Modification de l’injection RF  Injection plus efficace • Modification des gaps d’extraction  Optimiser les courants et les particules

  20. Résultats avec ALISES sur betsi 17kV Au delà la source pas stable 17kV Au delà la source pas stable Longueur chambre plasma = 95mm semble être un optimum Faut il laisser aux électrons le temps de se thermaliser? Intéressant pour la miniaturisation Courant extrait n’est pas sensible au diamètre de la chambre plasma

  21. Piège Penning ? Thèse S. Nyckees Electrons piégés Vérification expérimentale Validation de la simulation

  22. BETSI : Banc de tests des sources d’ionsmais pas que… Upgrade Oct 2013 2009 • L’amélioration de BETSI en un « mini » injecteur complet permet : • De tester des sources d’ions, les qualifier avec des diagnostics • De développer et tester des diagnostics • interceptifs (CF, EMU), • non interceptifs (tomographie, camera, 4 grilles) • Tester des parties de ligne (chopper) Afin de comprendre la physique à basse énergie • Compensation de la charge d’espace: effet de la pression dans la ligne, nature du gaz

  23. Conclusions • À Saclay le développement des sources ECR ions légers forts et faibles courants est un sujet bien maitrisé mais il reste encore beaucoup de thématique à « creuser » : • Extraction à plus fort courant semble un vrai défi • Le domaine de l’injection HF dans la chambre plasma peut nous apprendre à utiliser moins de puissance HF mais plus efficacement • Miniaturisation  source plus petite  moins chère  industrialisation • Le domaine des sources d’ions légers • possède peu de code prédictif « efficace » • le code SOLMAXP est en cours de modification pour simuler l’ensemble des interactions ayant lieu dans la chambre plasma, • est un domaine multidisciplinaire, • où la méthode empirique prime.

  24. Merci de votre attention Roscoff 2013

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