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