A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2 T. Thuillier, T.Lamy
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ECRIS02, Jyväskylä, 12-14/06/02
T.Thuillier, Journées accélérateurs , Roscoff, 9-12 Octobre 2005
A-PHOENIX, une nouvelle source d’ions pour Spiral 2
T. Thuillier, T.LamyLaboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie UJF-IN2P3-CNRS, 53 Av. des Martyrs, 38026 GRENOBLE CEDEX, France
o programme de R&D Spiral 2 Q/A=1/3 : de PHOENIX vers A-PHOENIX
o Activités Charge Breeding
o (Principe des sources d’ions lourds ECR)
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L’injecteur de Spiral 2
1 mA Q/A=1/3 A≤40, V=60 kV
RFQ
LINAC (moitié) : 40 MeV D+ 14.5 MeV/A ions lourds
0.15-5 mAe D+V=40 kV
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Stratégie LPSC-SSI pour Spiral 2
1. Amélioration de tenue en tension de PHOENIX de 40 à 60 kV
2. Etude préliminaire de production d’1 mA O6+ à 60 kV avec PHOENIX , mesure d’émittances
3. Construction de A-PHOENIX pour produire 1 mA d’Ar12+ ( en cours)
Cahier des charges de la source d’ions lourds:
o V=60 kVo 1 mA d’ions lourds Q/A=1/3o A≤40 (Argon)
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1. Banc Fort Courant
gyrotron 1O kW@28 GHz
Lentille Glaser
Aimant 90° (gap 10 cm)
Coupes de Faraday
H+V Emittance Scanners
PHOENIX
Plate forme 60 kV
Nouveau labo LPSC
Ligne de faisceau 100 mm ØKlystron 2 kW@18 GHz
(sous-sol)
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o limite Spiral 2 : *<0,4 .mm.mrad (1 σ RMS normalisée)
ε*(06+)~ 0,2 π.mm.mrad nominale
Emittances de référence pour les calculs de dynamique faisceau
2. Production d’ 1 mAe O6+ @ 60 kV pour Spiral 2 avec PHOENIX
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3. La source d’ions (ECR) A-PHOENIX
Cryostat bobines HTS
Lentille Glaser
HexapoleGrand Ø
Hexapole Petit Ø
Pompage, UHF, Gaz,
Polarisation…
Bobine Cuivre réglage fin
Longueur
Miroir B
380 mm
Ø chambre
65 mm
B axial 3T
Brad > 2 T
UHF(ECR)
18-28 GHz
Extr. Voltage
60 KV
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3. Les 2 bobines HTS de A-PHOENIX
o 3 Tesla sur l’axe (J~100 A/mm2 )
o Pas d’hélium! Refroidissement sous vide par conduction thermique (20 K) (CryoMech AL-330 Cryocooler )
o tests de Réception hiver 2005/2006
Bobine HTS en cours de super isolation
Lien thermique = tresse de masse
Miroir magnétique axial
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3. l’hexapole de A-PHOENIX (Br> 2T)
Brad dans la chambre À plasma
6 mm-2.05 T
5 mm-2.1 T
3 mm-2.3 T
Fer
o Grand hexapole (36<R<200 mm) 3 types d’aimants permanentsBr =1.6Tesla dans la chambre à plasma
o Petites plaques en Fe soudées dans la chambre à plasma=> Br> 2 Tesla dans la chambre à plasma Fer
1ère mondiale
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3. Minimum |B| d’A-PHOENIX
Longueur du miroir magnétique z ~ 380 mm
Ø 6
5 m
m
Brad> 2TBz<1 T Brad~1 T
Bz>2T
Minimisation des aberration hexapolairesDe l’émittance
Brad~1 TBz~3T
1 T (Becr)
Dernière surface fermée |B| ~ 1.9 T => Fonctionnement optimal à fecr= 28 GHz
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FIN CAO 12/2005
Bobines HTS prêtes 03/06
Planning A-PHOENIX
Tests 200718-28 GHzArgon 12+
Oxygène 6+60 kV
Fin Construction A-PHOENIX12/2006
Hexapole construit
06/06
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Spiral 2 – EURONS JRA3 Banc expérimental charge breeding au
LPSC
Double lentille Einzel
Cage Faraday 1+
Pulsationverticale
Spectromètre n+
Emittancemetres
H-V
PHOENIX Charge booster ECR
Cage Faraday n+
Double lentille
cylindrique
Source 1+
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EURONSTask 3: Mesures systématiques des emittances n+ du
BoosterEffet 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 radioactifsUHV ECRISmesures en faisceaux radioactifs
SPIRAL2Nucléarisation du booster, impacts sur la conceptionMesures de l’efficacité dans la situation réelle du faisceau SPIRAL2 (« vraie » source 1+)
Charge breeding : programme expérimental au LPSC
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Principe d’une source d’ions ECR (1)
UHF
Gaz, atomes…
intensité du champ magnétique axial
z
Plasma ECR
o Confinement axial par effet Miroir magnétiqueAccumulation des électrons
o Résonance cyclotronique électronique (ECR): quand ωcyclotron = eB/me = ωUHF
o Les électrons gagnent de l’énergie (en moyenne) en passant dans la zone où ωUHF = ωcyclotron
o Ionisation des atomes
Zone ECR
vide
Cavité multimode
Bz
kTe~1 keV
kTi~1 eV
bobines
Becr
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Principe d’une source d’ions ECR (2)
rayon
Br
Intensité du champ Magnétique radial
o Stabilisation du plasma par confinement radialchamp magnétique hexapolaire
Zone ECRo Miroir Axial + Miroir Radial = Structure à « Minimum |B| »
o Production d’ions multichargés (n+) :2uhfen en nI uhfecrBmais :
Iso |B|
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UHF 2.45-28 GHz0.1-6 kW
Gaz, métaux…
Principe d’une source d’ions lourds ECR (3)
Plasma
Haute tension
o accélération du bord du plasma
I tot ~ 1-5 mA
o faisceau d’ions multi espèces (multi Z, multi A)=> analyse en ligne et séparation des Q/A