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Développement des sources ECR au CEA Grenoble

Développement des sources ECR au CEA Grenoble.  Présentation de l’équipe.  Objectifs principaux.  Quelques réalisations. Compétences.  Plasma. Production des ions multichargés a lieu au cœur du plasma

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Développement des sources ECR au CEA Grenoble

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Presentation Transcript

  1. Développement des sources ECR au CEA Grenoble  Présentation de l’équipe  Objectifs principaux  Quelques réalisations

  2. Compétences Plasma Production des ions multichargés a lieu au cœur du plasma L’optimisation des sources passe par la compréhension de la physique du chauffage ECR et du transport des ions Hyperfréquences De 2.45 GHz à 29 GHz : lignes, composants divers, couplage Exemple: ligne 28 GHz, 10 kW, 100 kV utilisée avec succès au LNS-Catane et à l’ex ISN-Grenoble Magnétisme Des aimants permanents au bobinage 4K Optique ionique Faisceaux d’ions : de plus en plus intenses augmentation de la charge d’espace Minimiser l’émittance des source ECR : installation d’une ligne de diagnostic de faisceau d’ions Cryogénie SBT : grande réputation en cryogénie (Tore Supra, spatial, LMJ …)

  3. Besoins actuels des accélérateurs en ions multichargés Ions « moyennement chargés » forte intensité, mode continu Ganil : Spiral 2 : 1mA Ar12+ GSI : super lourds Actuellement : 0.4 mA Ions « moyennement chargés » forte intensité, mode pulsé GSI CERN – LHC : Pb27+ entre 400 µA et 1 mA Ions fortement chargés , mode continu HMI: 100 pnA M/Q = 4.7 Actuellement : 85 pnA Ta38+ • Ions pour la physique atomique: tous états de charge mode continu cf. J.L. Lemaire et al.

  4. Les moyens Source Caprice 10 GHz : diagnostic du faisceau d’ions Source GTS (Grenoble Test Source) 10, 14, 18, 29 GHz Validation des lois d’échelles régissant les champs magnétiques de confinement Chauffage HF multi fréquences Extraction des ions Manips sur sources « made in CEA » GSI : afterglow avec Caprice 14 GHz LNS : lois d’échelle magnétiques avec Serse PSI : émittance

  5. Quelques images du faisceau d’ions Obtenues avec Caprice 10 GHz Ne8+ Ar11+ O5+ O7+

  6. Fortes intensités 14 GHz: 18 GHz: Ar8+ : 2 mA : RIKEN 1.1 mA : GTS Ar9+ : 1 mA : RIKEN 0.9 mA : GTS Ar8+ avec GTS : 1mA Ar12+ : 250 µA Ar12+ : 380 µA Gas additionnel minimisé  moins de charge d’espace à l’extraction I  f2 Pour 1 mA d’Ar12+ en continu : source supra 28 GHz Monter en fréquence (avec le champ magnétique ad hoc)  décaler le spectre vers les hauts états de charge

  7. Hauts états de charge optimisation Ar17+ optimisation Ar18+ Réglages sans gas support  meilleure émittance

  8. Ions métalliques Forme du plasma sputtering 4mm Tige Ta évaporée par le plasma 10mm 181Ta, Z=73 Feuille de Ta après l’expérience

  9. Intensités d’ions argon Source GTS Tension d’extraction 25 kV

  10. Comparaison avec d’autres sources ECR

  11. Intensités de xénon à 14 GHz et 18 GHz

  12. Intensité en xénon : 18 VS 28 GHz Une fréquence de chauffage très élevée demande un confinement magnétique élevé

  13. Evolution des sources d’ions multichargés « CEA »

  14. ECRIS tout aimant permanent 12 – 14 GHz 2 applications: Ions moyennement chargés :expérience photoionisation (DAM/Orsay) source en cours de réglage Ions fortement chargés : ORNL source en cours de fabrication Binj : 2 T Bmin : 0.38 T Bext : 0.93 T Brad : 1 T

  15. ECRIS hybride: bobines cuivre + aimants permanents bobines aimants permanents Source de tests modulaire pour: -) la HF : fréquence, couplage au plasma -) le champ magnétique

  16. ECRIS hybride: supra 4K + aimants permanents (1/2) hexapole en aimant permanent : 1.6 T dans la chambre à plasma 18 – 24 GHz 600 mm Contrôle Bmin gradient à la résonance résonance à 24 GHz Bobines NbTi

  17. ECRIS hybride(2/2) En cours d’étude Passages de courant supra haut Tc « Trou chaud »: Ø 400 mm bobines Bain He liquide

  18. Bobines supra VS bobines classiques Pour des fréquences < 18 GHz, les bobinages classiques, voire les aimants permanents sont souvent à préférer aux bobinages supra SHIVA 14 GHz Source hybride supra 4K/aimants permanents RIKEN / Tsukuba

  19. Version tout supra: projet MSECRIS (base GyroSerse) Objectifs: 1 mA ions moyennement chargés (Ar12+) États de charge très élevés Ion Sources for Intense Beams of Heavy Ions Le JRP ISIBHI est en attente de l’acceptation d’EURONS par Bruxelles, et de son financement.

  20. Conclusion  Meilleure connaissance du plasma : diagnostics + modélisation  Lois d’échelle sur le confinement : collaboration INFN/LNS – CEA-G Exemple : source ECR à Argonne National Lab (du type LBL-AECR) avant et après utilisation de nos lois d’échelle R. Vondrasek (ICIS 2003) uranium Plusieurs sources en cours de réalisation et en étude : des sources tout aimant permanent aux sources tout supra   GTS : source d’études performante multi-applications : fortes intensités et états de charge élevés

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