La compensation de charge d'espace d’un faisceau de haute intensité

La compensation de charge d'espace La compensation de charge d'espace d’un faisceau de haute intensité d’un faisceau de haute intensité

Ahmed BEN ISMAÏLAhmed BEN ISMAÏL

DAPNIADAPNIASACMSACM

A.Ben Ismaïl SFP Les Journées Accélérateurs Porquerolles 5-7 octobre 2003A.Ben Ismaïl SFP Les Journées Accélérateurs Porquerolles 5-7 octobre 2003 22

Problématique de la dynamique d’un faisceau intense Problématique de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergie (dans une ligne de transport basse énergie (1/21/2))

Haute intensité (~100 mA) Faible énergie (~95 keV) β ~ 0.014

Force de Charge d’Espace (CE) défocalisante très importante et à l’origine de plusieurs comportements non linéaires


(*) Cas élémentaire d’une particule de charge q placée à une distance radiale r de l’axe d’un faisceau continu transportant un courant I et d’énergie cinétique ~½ mv2

(*)


Problématique de la dynamique d’un faisceau intense Problématique de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergie (dans une ligne de transport basse énergie (2/22/2))

Présence de gaz résiduel (H2) dans la ligne de transport

Production d’e- et d’ions H2+ par ionisation du gaz résiduel

p + H2 p + e- + H2+

Neutralité électrique par capture des e- et éjection des H2+

Compensation de Charge d’Espace du faisceau (CCE)



? Taux de compensation de charge d’espace du faisceauTaux de compensation de charge d’espace du faisceau? Influence des éléments de déviation et de focalisation de la Influence des éléments de déviation et de focalisation de la LBELBE? Etat(s) d’équilibre du plasma né par ionisation du gaz résiduelEtat(s) d’équilibre du plasma né par ionisation du gaz résiduel


Modélisation de la dynamique d’un faisceau intense Modélisation de la dynamique d’un faisceau intense dans une ligne de transport basse énergiedans une ligne de transport basse énergie

Modélisation numérique de l’effet de la CCE sur la dynamique d’un faisceau intense :

1- Dans une section sans champ 2- Dans une ligne de transport


Etude analytique et numérique :Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (Cas d’une section sans champ (1/31/3))

DAPNIADAPNIASACMSACM 1- Modèles numériques mono-particulaire validés analytiquement et exploités

. pour le développement d’un code particulaire PIC 1D/2D (étude transverse). 2- Vérification de l’influence des conditions initiales d’ionisation sur la . distribution électronique dans le faisceau :

v0 ≠ 0

Résultats numériques:

trajectoire d’allure elliptique

Etude théorique (plan transverse au faisceau): trajectoire linéaire


Etude analytique et numérique :Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (Cas d’une section sans champ (2/32/3))DAPNIADAPNIA

SACMSACM3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace:

Couplage entre la dynamique des particules intervenant dans la CCE (e-, H2+)

et l’évolution temporelle du potentiel électrostatique du faisceau

Evolution vers une compensation totale

Résultats numériques :

Comblement du potentiel électrostatique


Etude analytique et numérique :Etude analytique et numérique :Cas d’une section sans champ (Cas d’une section sans champ (3/33/3))DAPNIADAPNIA

SACMSACM 3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace (suite): Résultats numériques :

Hypothèse : - Particules crées avec vitesse initiale nulle

1- Accumulation d’e- dans le faisceau2- Elargissement de leurs amplitudes

1- Flux important fuyant le faisceau 2- H2

+ ~ au repos après compensation



Etude expérimentale et numérique :Etude expérimentale et numérique :Cas d’une ligne de transport (Cas d’une ligne de transport (1/21/2))

Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport :

L’ensemble Source et Ligne Basse Energie du projet IPHI

2- Pression variable longitudinalement Un temps caractéristique de CCE variable

1- Canal de transport de section transverse variable Champs électrostatiques longitudinaux


Etude expérimentale et numérique :Etude expérimentale et numérique :Cas d’une ligne de transport (Cas d’une ligne de transport (2/22/2))

DAPNIADAPNIASACMSACM Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport (suite) :

3- Champs extérieurs de focalisation et de déviation magnétique Dynamiques différentes

Distribution des électrons au voisinage d’un solénoïdeRésultats numériques :

Dynamique d’une population d’électrons créés à t=0 avec des énergies initiales nulles, et transportés pendant 10µs à charge d’espace constante.

Compensation de charge d’espace faible dans les champs de fuite.

dz

dBqBqF zrz 2

e- piégés longitudinalement dans le solénoïde


ConclusionsConclusionsPerspectives d’enrichissementPerspectives d’enrichissement


Travaux effectués :Travaux effectués :- Etude analytique et numérique du régime transitoire de la - Etude analytique et numérique du régime transitoire de la CCECCE : : Evolutions temporelles du plasma né par ionisation et de la charge d’espaceEvolutions temporelles du plasma né par ionisation et de la charge d’espace- Etude préliminaire de la - Etude préliminaire de la CCECCE dans une ligne de transport dans une ligne de transport

Travaux en cours :Travaux en cours :- Validation expérimentale du modèle numérique 1D/2D- Validation expérimentale du modèle numérique 1D/2D- Etude de la - Etude de la CCECCE dans le régime permanent dans le régime permanent

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