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

Les sourcesd’ions légersà haute intensitéau 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 : • Source ALISES (thèse de S. Nyckees) • BETSI : Banc d’Etudes et de Tests des Sources d’Ions • Conclusions

1.Principe ECR

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

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

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

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

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

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

Injecteur SPIRAL2 Source livrée au GANIL, actuellement en caisse aussi

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

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

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

Un injecteur pour accélérateur Entrée RFQ Point Zéro extraction SOLENOIDES

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

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

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

ALISES ALISES est une grosse source

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

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

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

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

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.

Merci de votre attention Roscoff 2013

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