View
110
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
1
Développement d'un spectromètre de masse dédié à l'analyse des enveloppes neutres planétairesNIMEIS
Joël Becker
Sous la direction de :François LeblancetJean-Jacques Berthelier
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
2
L’échappement atmosphérique :
Mesurer le flux s’échappant de Mars
Échappement sous forme ionisé: mesuré par ASPERA-3/Mars Express
Particules s’échappant accélérées par le vent solaire
Échappement neutre: pas de mesure directe, uniquement par la mesure du profil de densité
Idéalement mesurer l’énergie des particules neutres loin de la planète
Quelles signatures autour de Mars ?
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
3
Quelles densités et énergies doit on mesurer?
Processus thermiques et suprathermiques Esuprathermique ≥ 2xEthermique
Mesure de suprathermiques Différencier les processus Distinguer suprathermiques/thermiques
Exosphère Au-dessus de l’exobase,
>200km sur Mars Densité <108 part.cm-3
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
4
L’exosphère de Mars
→ Caractériser et comprendre l’échappement Recombinaison dissociative Criblage
→ Mesure de faibles densités et énergies
Cipriani et al. (2007)
Exemple de densités exosphériques autour de Mars (composante
suprathermique)Yagi et al. (2012)
10 O/cm3
100 O/cm3
104 O/cm3
Soleil
Nord
Simulation du nombre de coups pour NIMEIS
_
_
_
_
RD de
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
5
NIMEIS : Performances
Spectromètre de masse et énergie pour les neutres Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV
Haute sensibilité source ionisation CNT 10 neutres particules/cm3
Un mode haute résolution en masse : M/ΔM ~150
Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : M/ΔM ~30 E/ΔE ~10
Pour une gamme d’énergie donnée : Mesures continues
Champs de vue : 10°x10°
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
617 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
6
NIMEIS : Performances
Spectromètre de masse et énergie pour les neutres Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV
Haute sensibilité source ionisation CNT 10 neutres particules/cm3
Un mode haute résolution en masse : M/ΔM ~150
Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : M/ΔM ~30 E/ΔE ~10
Pour une gamme d’énergie donnée : Mesures continues
Champs de vue : 10°x10°
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
7
NIMEIS : Optique
Z
X
Y
25 cm
17 cm
Déflecteur
Lentille de focalisation dans le plan YZ facilitant la séparation des masses
Séparation des énergies selon l'axe Y. Chaque faisceau correspond à une énergie. 5-15eV step 2eV
Optique de focalisation et accélération.
Source d’ionisation
Lentille de focalisation dans le plan XY facilitant la focalisation sur le détecteur
Poids : ~2kg
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
8
NIMEIS : Optique
Potentiel du déflecteur est relié à la masse des particules Variation du potentiel
en dent de scie Double déflexion pour
éviter les temps morts
5 mmZ
Y
40 mm
3 mm
Z
XY
Départ du chronomètre.
Arrêt du chronomètre. Identification de l'énergie selon l'axe Y, détermination de la masse selon l'axe Z
Résolution :Énergie 0.5eV sur 10eVMasse ~30
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
9
NIMEIS : Prototype
Fabrication du prototype Source ionisation
Héritage PALOMA Détecteur
Galettes à micro canaux (MCP) Positionnement
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
10
NIMEIS : Source d’ionisation
Utilisation de nano tubes de carbone pour extraire des électrons Consommation très réduite
Collaboration avec Ajou Université(Corée du Sud)
Objectifs : Obtenir un courant de 100µA/cm² Potentiel d’extraction de l’ordre de
150V Énergie des électrons ~100eV
Énergie moyenne pour un maximum d’ionisation
Troisième prototype Grille G0 avec 100 trous de diamètre
500µm. Tests réalisés à Ajou Université
CNTG0
Anode
G1
Collecteur
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
11
NIMEIS : Source d’ionisation Analyse des résultats Définition nouveau modèle
Optimisation en court Possibilité, mesure énergie
des électrons Conception et tests d’une
source pour NIMEIS
CNT potential (V)
Vue de la grille G0
Courant collecteur
Courant extraction CNT
Courant anode
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
12
NIMEIS : Travail futur
Tests et calibration du prototype de NIMEIS
Finalisation des tests du montage d’extraction d’électrons
Conception mécanique de la source d’ionisation
Couplage du prototype et la source d’ionisation
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
13
Processus suprathermiques Criblage
Interaction vent solaire/ions de l’atmosphère proche de l’exobase
Cascade de collisions Formation O, CO2 et produits N2 et Ar
Recombinaison dissociative Ionisation d’une molécule neutre de
l’atmosphère due à l’interaction d’un photon solaire avec celui-ci
Recombinaison dissociative, réactions plus importantes:
Cipriani et al. (2007)
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL
14
NIMEIS : Objectifs instrumentaux
Caractérisation des particules de l’atmosphère/exosphère Approche : spectromètre de masse avec haute sensibilité Objectif : composition de l’atmosphère
Caractérisation des mécanismes d’éjection Approche : mesure de la masse et de l’énergie des particules Objectif : relations atmosphère/exosphère
Caractérisation de la distribution spatiale de l’exosphère Approche : haute résolution temporelle Objectif : liens entre surface/atmosphère/magnétosphère
Recommended