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A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2 T. Thuillier, T.Lamy

A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2 T. Thuillier, T.Lamy Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie UJF-IN2P3-CNRS, 53 Av. des Martyrs, 38026 GRENOBLE CEDEX, France. programme de R&D Spiral 2 Q/A=1/3 : de PHOENIX vers A-PHOENIX Activités Charge Breeding

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A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2 T. Thuillier, T.Lamy

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  1. A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2 T. Thuillier, T.Lamy Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie UJF-IN2P3-CNRS, 53 Av. des Martyrs, 38026GRENOBLE CEDEX, France • programme de R&D Spiral 2 Q/A=1/3 : de PHOENIX vers A-PHOENIX • Activités Charge Breeding • (Principe des sources d’ions lourds ECR) ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  2. L’injecteur de Spiral 2 LINAC (moitié) : 40 MeV D+ 14.5 MeV/A ions lourds RFQ 0.15-5 mAe D+ V=40 kV 1 mA Q/A=1/3 A≤40, V=60 kV ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  3. Stratégie LPSC-SSIpour Spiral 2 • Cahier des charges de la source d’ions lourds: • V=60 kV • 1 mA d’ions lourds Q/A=1/3 • A≤40 (Argon) • Amélioration de tenue en tension de PHOENIX de 40 à 60 kV • Etude préliminaire de production d’1 mA O6+ à 60 kV avec PHOENIX , mesure d’émittances • Construction de A-PHOENIX pour produire 1 mA d’Ar12+ ( en cours) ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  4. 1. Banc Fort Courant gyrotron 1O kW@28 GHz Ligne de faisceau 100 mm Ø Klystron 2 kW@18 GHz (sous-sol) Coupes deFaraday PHOENIX H+V Emittance Scanners Plate forme 60 kV Lentille Glaser Nouveau labo LPSC Aimant 90° (gap 10 cm) ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  5. 2. Production d’ 1 mAe O6+ @ 60 kV pour Spiral 2 avec PHOENIX • limite Spiral 2 : e*<0,4 p.mm.mrad (1 σ RMS normalisée) ε*(06+)~ 0,2 π.mm.mrad nominale Emittances de référence pour les calculs de dynamique faisceau ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  6. 3. La source d’ions (ECR) A-PHOENIX Cryostat bobines HTS Hexapole Grand Ø Lentille Glaser Bobine Cuivre réglage fin Pompage, UHF, Gaz, Polarisation… Hexapole Petit Ø ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  7. 3. Les 2 bobines HTS de A-PHOENIX Miroir magnétique axial Lien thermique = tresse de masse • 3 Tesla sur l’axe (J~100 A/mm2 ) • Pas d’hélium! Refroidissement sous vide par conduction thermique (20 K) • (CryoMech AL-330 Cryocooler ) • tests de Réception hiver 2005/2006 Bobine HTS en cours de super isolation ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  8. 3. l’hexapole de A-PHOENIX (Br> 2T) 3 mm-2.3 T • Grand hexapole (36<R<200 mm) • 3 types d’aimants permanentsBr =1.6Tesla dans la chambre à plasma • Petites plaques en Fe soudées dans la chambre à plasma • => Br> 2 Tesla dans la chambre à plasma 5 mm-2.1 T 6 mm-2.05 T Fer Brad dans la chambre À plasma 1ère mondiale Fer ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  9. 3. Minimum |B| d’A-PHOENIX Brad> 2T Bz<1 T Brad~1 T Bz~3T Brad~1 T Bz>2T Ø 65 mm Longueur du miroir magnétique z ~ 380 mm Minimisation des aberration hexapolaires De l’émittance 1 T (Becr) Dernière surface fermée |B| ~ 1.9 T => Fonctionnement optimal à fecr= 28 GHz ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  10. Planning A-PHOENIX Tests 2007 18-28 GHz Argon 12+ Oxygène 6+ 60 kV FIN CAO 12/2005 Bobines HTS prêtes 03/06 Fin Construction A-PHOENIX 12/2006 Hexapole construit 06/06 ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  11. Spiral 2 – EURONS JRA3 Banc expérimental charge breeding au LPSC Cage Faraday 1+ Source 1+ Double lentille Einzel Spectromètre n+ Pulsation verticale Double lentille cylindrique Emittancemetres H-V Cage Faraday n+ ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02 PHOENIX Charge booster ECR

  12. Charge breeding : programme expérimental au LPSC SPIRAL2 Nucléarisation du booster, impacts sur la conception Mesures de l’efficacité dans la situation réelle du faisceau SPIRAL2 (« vraie » source 1+) EURONS Task 3: Mesures systématiques des emittances n+ du Booster Effet de l’augmentation de la fréquence (de 14 à 28 GHz) Task 4 : Mesures systématiques des ‘charge breeding times ‘’ Influence du volume de plasma Task 5: Purification des faisceaux radioactifs UHV ECRIS mesures en faisceaux radioactifs ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  13. Principe d’une source d’ions ECR (1) • Confinement axial par effet Miroir magnétique • Accumulation des électrons • Résonance cyclotronique électronique (ECR): • quand ωcyclotron = eB/me =ωUHF • Les électrons gagnent de l’énergie (en moyenne) en passant dans la zone où ωUHF = ωcyclotron Bz Becr z intensité du champ magnétique axial Zone ECR kTe~1 keV bobines • Ionisation des atomes UHF kTi~1 eV vide Gaz, atomes… Cavité multimode Plasma ECR ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  14. Principe d’une source d’ions ECR (2) • Stabilisation du plasma par confinement radial • champ magnétique hexapolaire Br rayon Intensité du champ Magnétique radial • Miroir Axial + Miroir Radial = Structure à « Minimum |B| » Zone ECR Iso |B| • Production d’ions multichargés (n+) : ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

  15. Principe d’une source d’ions lourds ECR (3) • accélération du bord du plasma UHF 2.45-28 GHz 0.1-6 kW I tot ~ 1-5 mA Plasma Gaz, métaux… Haute tension • faisceau d’ions multi espèces (multi Z, multi A) • => analyse en ligne et séparation des Q/A ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02

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