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

1. R&D sur le Booster de charges PHOENIX LPSC GrenobleJ. Angot

2. 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

3. L’amplification d’état de charge / principe • Transformation d’un faisceau d’ions mono chargés en un faisceau d’ions multichargés • 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 i i B B Booster de charges 1+ Σ N+

4. L’amplification d’état de charges / Application Atomes Radioactifs Haute intensité Grande efficacité Faisceau de haute intensité et de haute énergie • Principe de la méthode ISOL • Installations de production de faisceaux radioactifs accélérés par la méthode ISOL : • CERN-ISOLDE, CARIBU, KEK, SPIRAL2 phase 2, SPES • puis pour le futur, EURISOL (« très haute » intensité). • Qq 10 MeV et qq mA Source d’ions Source d’ions 1+ cible Accélérateur ‘pilote’ Booster de charge Experiences Post accélérateur Faisceau d’ions radioactifs monochargés basse énergie 30keV nA Faisceau d’ions radioactifs multichargés basse énergie Grande efficacité Production d'isotopes radioactifs séparés en ligne (méthode ISOL)

5. 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

6. Le Booster de charges du LPSC / Source ECR Bz( T) • Le booster de charge est une source d’ions dans laquelle on injecte un faisceau d’ions 1+ B ecr 40 kV  DeltaV Optique d’extraction gaz Haute tension Optique d’injection Problématique de l’injection d’un faisceau au lieu d’un gaz Hexapole Bobines et culasse HF 14 GHz 200 à 450 W

7. Le Booster de charges du LPSC / Banc de tests HT ∆ V Eléments d’optique Diagnostiques Polarisation

8. Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques • Mesures ∆ V • Moyenne sur plusieurs cycles • Exemple de mesures pour • Gaz : Ar8+ • Condensable : Rb15+ • 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

9. Le Booster de charges du LPSC / Caractéristiques IN+ IN0+ t I on T 90% T start Paramètre important dans le cas des radioactifs

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

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

12. 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 1x10-7 à 7.5 x10-8 Torr à amélioré d’un facteur 6 l’efficacité pour 85Rb17+

13. 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 • EMILIE (Enhanced Multi-Ionization of short-Lived Isotopes at EURISOL) • INFN (It), JYFL (Fi), SLCJ (Pl), GANIL (Fr), LPSC (Fr) • 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 magnétiquesur la stabilité du plasma • Nouvelle configuration magnétique / nouvel hexapôle

14. R&D / Collaboration Européenne • Recyclage de paroi et réduction des polluants • Source 1+ chaude à 2.45 et 5.8 GHz • Développementd’une chambre à plasma en 2 parties Source 1+ COMIC « Chaude » T° ciblée de 650°C pour la production d’alcalins une 2e version à 1200°C sera réalisée Simulations HFSS du couplage HF Simulation thermique Ansys de la source chaude 20mm SPES LNL

15. 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 Efficacité sur Ar11+ 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 » 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

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

17. 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