développement des sources ecr d+ et h- à saclay
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Développement des sources ECR D+ et H- à Saclay. R. Gobin, P-Y. Beauvais, K. Benmeziane, G. Charruau, O. Delferrière, D. De Menezes, A. France, R. Ferdinand, Y. Gauthier, F. Harrault, Commissariat à l'Energie Atomique, CEA-Saclay, DSM/DAPNIA, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Développement des sources ECR D+ et H- à Saclay
R. Gobin, P-Y. Beauvais, K. Benmeziane, G. Charruau, O. Delferrière, D. De Menezes, A. France, R. Ferdinand, Y. Gauthier, F. Harrault,
Commissariat à l'Energie Atomique, CEA-Saclay, DSM/DAPNIA, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France
P. Leherissier, J-Y. Paquet,GANIL, Bd Henri Becquerel, 14076 Caen Cedex 5. France
J. ShermanLos Alamos National Laboratory, Los Alamos, N.M. 87 545, USA
Source de DEUTONSBanc test H-
IntroductionA Saclay, développement des sources pour 3
programmes :1) Les faisceaux intenses de H+ pour les ADS
SILHI produit régulièrement des H+ > 100 mA2) Faisceaux de Deutons pour RIB et Irradiation Tool
Nouvelle source en construction3) Des ions H- pour Spallation sources or Neutrino
productionSource en développement3 sources différentes,
basées sur le même principe
Le Plasma est généré par résonance ECR 2.45 GHz
DEUTONS
En 2001, SILHI a produit des Deutons (mode pulsé)(130mA – 100 keV – D+ 96 %) [pour le programme IFMIF]
Proposition pour SPIRAL2: source ECR de type SILHI, fonctionnant à 2.45 GHz
avec des aimants permanents
SOURCE DEUTONS
Remplacer les bobines par PM Supprimer le blindage magnétique Construire un système d’extraction 40 kV pas de plateforme Injection RF via DC break } LEDA
Modifications envisagéesOptions gardéesefficaces sur SILHI:
Disques de BN Fenêtre protégée EI réglable Suppresseur d’électrons
Condition requises: Particules: D+ and H2+ (pour le conditioning), Energie: 40 keV Intensité: 0.15 ou 5 mA (réglable en continu de 0 à I max pour le conditioning) Fonctionnement CW Emittance < 0.2 mm.mrad Forte proportion de D+ Bonne stabilité et disponibilité Longue durée de vie (> 3 mois)
SOURCE DEUTONS
Simulations magnétiques avec OPERA 2D de VF
Pour garder un réglage, 3 couronnes d’aimants permanents séparées par un gap ajustable
SOURCE DEUTONS
Système d’extractionavec les codes Axcel and
OPERA-2DForte densité de plasma pour D+ élevésMinimiser le champ électriqueMinimiser l’émittance et la divergence2 modes de fonctionnement (0.15 et 5 mA)Pas de compensation (faible pression)
Les 2 modes de fonctionnement et la variation continue de l’un à l’autre imposent un
système flexibleéquipé de 2 électrodes
intermédiaires
Max 61 kV/cm
-2 kV
0 to 8 kV18 kV
40 kV
5 mA Axcel simulation
Plasma Chamberl=100mm and =90
mmwith 2 BN discs
Extraction Aperture =2.5 mm
PM, 3 Rings (r=76 and 115
mm)
RF Injection (2.45 GHz) via ridged transition et
WR 284
SOURCE DEUTONS
5 Electrode Extraction
System
SOURCE DEUTONS
Le point aujourd’hui
2003- Calculs extraction et configuration magnétique Terminés- Design de la source (aimants, chambre, tube accél.) Terminé- Fabrication en cours Sept. à Nov.- Début assemblage Nov. déc.
Et la suite,- Quelques mesures deutons avec SILHI mi-Octobre
2004- Premiers Tests Janv. et Février- Installation sur la LBE SILHI Mars- Caractérisation du faisceau Avr. à Septembre- Rapport final avec plans Octobre
H- test stand
Tout a commencé avec Concert puis ESS, le CERN et …
Les besoins:
qq 10 mA; 50 à 100 keV; mode pulsé; longue durée de vie
Ce travail s’inscrit dans un réseau Européen (9 labos) dont le but est l’optimisation de sources existantes
et le développement de nouvelles techniques Supporté par la Communauté Européenne (contrat HPRI CT
2001-50021)Coordonnateur CEA/Saclay
Proposition: Développer une source ECR (2.45 GHz) dont la base repose sur du matériel de rechange de SILHI.
H- test stand
Pourquoi une source ECR pour produire des ions H- ?
Ce type de source a déjà démontré son efficacité (LEDA, SILHI, TRIPS et autres) pour produire des plasmas de forte densité. Ni filament ni antenne longue durée de vie Facilité de réglage (seulement quelques paramètres)
Fonctionnement pulséChambre plasma rectang.Extraction 5 mm2.45 GHzFenêtre protégéeECR zone à l’entrée RFDiagnostics plasma
Options
Après 1 an, résultat: rien !!!
H- test stand
Observation des premiers ions H- confirmée avec un
plasma d’helium et l’analyse des charges positives
e-
H-? La déviation des électrons par le
MF fausse les mesuresSans MF, rapport e-/H- ~ 8000
I e- = 40 mA; I H- = 5 µA
Début 2002
H- test stand
Spectroscopie du plasma(: 715.3, 674, 631.5, 627 nm)
indique la présence de molécules d’H2 excitées capables de produire des ions
H- (attachement dissociatif)
H2 (v) + 1e-(low) H- + HConclusion: les ions produits sont détruits…
Causes possibles - Pollution - Electrons de haute énergie - µ onde ou …
Simulations RF (avec MAFIA) montre qu’une grille (maille de 5 mm)
réfléchit l’onde non absorbée
H- test standInstallation d’une grille en inox dans la chambre plasma rectangulaire
Grille à 85 mm, Gain d’un facteur 2 (10
µA)
Toujours sans MF
En changeant la position de la grille (avec reprise des réglages, pression, puissance RF et champ
magnétiqueI H- = 84 µA à 30mm
H- extracted current vs grid position
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Grid position from extraction aperture (mm)
H- i
on in
tens
ity (µ
A)
H- test standLa grille est fixée sur l’électrode plasma
L’ensemble grille et el. pl. est polarisable
I H- 850 µA
Pression optimum: 3.5 à 4 10-3Torr dans la chambre plasma
En fonction de P HF
H- test standPour prouver la production d’ions H-Pas de courrant sur CF avec un plasma d’Hélium
nouvelle analyse avec dipôle et comparaison H+ - H-
e-
H-?
Le fort taux de H3+ provient de la
réactionH2 + H2
+ H3+ + H + 1.71eV
(caractéristique des plasmas froids favorables à la production d’ions H-)
H- test stand
La source fonctionne en mode pulsé (1ms/10Hz), 24H/24,
Pas de dégradation de la grille après plusieurs semaines
“Bonne” efficacité:environ 1 mA / kW avec extraction de 5
mm
Que de travail encore ! ! !- Accroître la puissance RF (6 kW)- Mélange de gaz, matériaux de la chambre - Filtre Magnétique- Volume et forme de la chambre plasma - Nouveau système d’extraction avec
séparateur d’électrons- Développement de code (en cours) - Et le césium !
Conclusion: Il faut persévérer …