La compensation de charge d'espace d’un faisceau de haute intensité

1. DAPNIA SACM La compensation de charge d'espace d’un faisceau de haute intensité Ahmed BEN ISMAÏL

2. DAPNIA SACM (*) Cas élémentaire d’une particule de charge q placée à une distance radiale r de l’axe d’un faisceau continu transportant un courant I et d’énergie cinétique ~½ mv2 (*) Force de Charge d’Espace (CE) défocalisante très importante et à l’origine de plusieurs comportements non linéaires Problématique de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergie (1/2) Haute intensité (~100 mA) Faible énergie (~95 keV) β ~ 0.014

3. DAPNIA SACM Production d’e- et d’ions H2+ par ionisation du gaz résiduel p + H2 p + e- + H2+ Neutralité électrique par capture des e-et éjection des H2+ Compensation de Charge d’Espace du faisceau (CCE) Problématique de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergie (2/2) Présence de gaz résiduel (H2) dans la ligne de transport

4. DAPNIA SACM Modélisation de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergie ?Taux de compensation de charge d’espace du faisceau ?Influence des éléments de déviation et de focalisation de la LBE ?Etat(s) d’équilibre du plasma né par ionisation du gaz résiduel Modélisation numérique de l’effet de la CCE sur la dynamique d’un faisceau intense : 1- Dans une section sans champ 2- Dans une ligne de transport

5. DAPNIA SACM Etude théorique (plan transverse au faisceau): trajectoire linéaire Résultats numériques: Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (1/3) 1- Modèles numériques mono-particulaire validés analytiquement et exploités . pour le développement d’un code particulaire PIC 1D/2D (étude transverse). 2- Vérification de l’influence des conditions initiales d’ionisation sur la .distribution électronique dans le faisceau : trajectoire d’allure elliptique v0 ≠ 0

6. DAPNIA SACM Résultats numériques : Comblement du potentiel électrostatique Evolution vers une compensation totale Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (2/3) 3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace: Couplage entre la dynamique des particules intervenant dans la CCE (e-, H2+) et l’évolution temporelle du potentiel électrostatique du faisceau

7. DAPNIA SACM Résultats numériques : Hypothèse : - Particules crées avec vitesse initiale nulle 1- Accumulation d’e- dans le faisceau 2- Elargissement de leurs amplitudes 1- Flux important fuyant le faisceau 2-H2+ ~ au repos après compensation Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (3/3) 3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace (suite):

8. DAPNIA SACM L’ensemble Source et Ligne Basse Energie du projet IPHI 1- Canal de transport de section transverse variable Champs électrostatiques longitudinaux 2- Pression variable longitudinalement Un temps caractéristique de CCE variable Etude expérimentale et numérique :Cas d’une ligne de transport (1/2) Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport :

9. DAPNIA SACM 3- Champs extérieurs de focalisation et de déviation magnétique Dynamiques différentes e- piégés longitudinalement dans le solénoïde Distribution des électrons au voisinage d’un solénoïde Résultats numériques : Compensation de charge d’espace faible dans les champs de fuite. Etude expérimentale et numérique :Cas d’une ligne de transport (2/2) Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport (suite) : Dynamique d’une population d’électrons créés à t=0 avec des énergies initiales nulles, et transportés pendant 10µs à charge d’espace constante.

10. DAPNIA SACM ConclusionsPerspectives d’enrichissement • Travaux effectués : - Etude analytique et numérique du régime transitoire de la CCE : Evolutions temporelles du plasma né par ionisation et de la charge d’espace - Etude préliminaire de la CCE dans une ligne de transport • Travaux en cours : - Validation expérimentale du modèle numérique 1D/2D - Etude de la CCE dans le régime permanent