Lignes Basse-Energie (LBE) de SPIRAL-2 J-L. Biarrotte (IPN Orsay)

Transcription

1 Lignes Basse-Energie (LBE) de SPIRAL-2 J-L. Biarrotte (IPN Orsay)

2 1. Description générale

3 Le complexe SPIRAL-2 Lignes Basse Energie (LBE)

4 Les Lignes Basse Energie (LBE) Fonctions des lignes LBE Collecter les faisceaux des 2 sources d ions, sélectionner l ion désiré, assurer un bon transport du faisceau, l adapter à l entrée du RFQ Configuration des lignes ~ 16 mètres ~ 5 mètres Hauteur faisceau: 1500mm Ouverture standard tubes faisceau ~ 160mm

5 Accès et implantation Niveau -2 Local n 4 Local n 5 Local n 3 RFQ Local n 1 Accès sources par escalier ou ascenseur Source Ions lourds A/Q=3 (60 kv) Local n 2 Source H+/D+ (40 kv) Accès linac par escalier ou ascenseur

6 2. Fonctions essentielles

7 1. Tri des ions issus de la source Ex. spectre en Oxygène issu de Phoenix V2 Protons/Deutons (LBE2): simple séparation magnétique Dipôle LBE2-D11 (avec chambres à vide refroidies) Ions lourds (LBE1): système de type spectromètre Dipôle LBE1-D11 (avec chambres à vide refroidies) Mesure au profileur sur LBE1-13 (J-L. Biarrotte) Système optique Object / Image (permettant une résolution d au moins 1/100) Fentes de tri (refroidies)

8 2. Transport du faisceau d intérêt Optimiser la transmission et préserver l émittance Fournir un faisceau stable et adapté à l entrée du RFQ Transport magnétique: dipôles, solénoïdes, quadrupôles Rôle important de l instrumentation faisceau (diagnostics, fentes ) LBE1-SOL11 LBE1-D11 LBE1-D12 LBEC-SOL11 RFQ LBE1-Q11/13 LBE1-Q14/16 LBE1-Q21/23 LBE1-Q24/26 LBEC-Q31/34 EM AF DCCT Fentes Ex. transport faisceau dans LBE1+LBEC+RFQ (enveloppes à 6 rms, env. 95% faisceau)

9 2. Transport du faisceau d intérêt Profiler Secondary emission monitor 47 Tungsten wires ø 150 μm Maximum beam size: 80 mm Imax: ma cw Emittance-meter Allison scanner Max. diameter beam: 80 mm Max measurable angle: ± 100mrad H.V. max: 2.8 kv Max Beam power: 300 W DCCT Shielding : (µ-métal + Armco + copper) B.W.: 0 10 khz ; Noise: 1 µa / Hz ½ C.W. + Low Duty Factor Pulsed Mode Operation Faraday Cup Water cooled P max: 1,2 kw ( 250 ) P density max: 2120 W/Cm 2

10 3. Contrôle de la puissance faisceau Fonction primordiale pour une machine de forte puissance Protection machine, radioprotection Commissioning machine Montée en puissance sur cibles Contrôle du courant crête De I min (typiquement 100 µa) à I max (6.5 ma) Principales phases de la montée en puissance lors du commissioning Contrôle par système à 3 fentes en H et V Couplage avec définition des émittances: lorsque I, Application de définition des émittances Mesure d un faisceau de 50µA de deutons à Saclay (D. Uriot)

11 3. Contrôle de la puissance faisceau Fonction primordiale pour une machine de forte puissance Protection machine, radioprotection Commissioning machine Montée en puissance sur cible Contrôle du cycle utile Par hachage électrostatique: création d un faisceau pulsé Principales phases de la montée en puissance lors du commissioning V et f max: 10 kv, 1.5 khz Cycle utile type pour les 1 ers faisceaux linac: 0.1% Les électrodes du hacheur Le profileur et le «scrapper» associé

12 3. Faisceaux produits

13 Type et Energie Type LBE1+LBEC: ions lourds A/q = 3 max (ex: 12 C 4+, 16 O 6+, 20 Ne 7+, 40 Ar 14+, 58 Ni 19+ ) LBE2+LBEC: deutons, protons, H 2 + Energie La vitesse des ions doit être adaptée aux 1 ères modulations du RFQ Tension source requise Ex. protons: kv, deutons: kv, 16 O 6+ : kv, 12 O 4+ : kv Energie faisceaux LBE

14 Emittances et Courant crête Emittances Transverses: 0.1 à 0.3 π.mm.mrad (émittance RMS normalisée) 200 à 500 π.mm.mrad (émittance marginale non normalisée) Longitudinale: N/A, le faisceau est continu Courant crête Protons, deutons : au moins 6.5 ma pour avoir 5 ma max dans le linac Ions lourds :1.3 ma (lorsque possible) pour avoir 1 ma max dans le linac Ex. 16O ma, 20Ne ma, 40Ar µa, 58Ni µa A ces faibles énergies et relativement forts courants, la répulsion coulombienne est prédominante sur le comportement du faisceau = forces de charge d espace Dans une ligne de transport magnétique, ces forces sont compensées => réglage peu dépendant du niveau de courant (pré-réglage par scaling B.rho possible )

15 Compensation de charge d espace Phénomène de compensation Ionisation du gaz résiduel Piégeage d électrons par le faisceau (@potentiel positif) Neutralisation des forces de charge d espace Aspects mal maitrisés Niveau de compensation (a priori proche de 100%) Aspects transitoires en mode pulsé (neutralisation n est pas instantanée) Influence importante de la nature et de la pression du gaz résiduel Mesures Simulation d émittance du transitoire en entrée de du compensation RFQ Spiral-2 (by N. D. Chauvin) Uriot)

16 Vide Suffisamment bon pour éviter les pertes par mbar (Argon) capture électronique Pas trop bon pour diminuer le temps de montée de la compensation (et pour améliorer les émittances) Transmission (calcul) et transitoire compensation (mesure deutons) en fonction de la pression résiduelle 0 200µs 400µs 600µs 800µs Le niveau de vide doit donc être choisi avec précaution Entre 10-6 et qqes 10-5 mbar pour un fonctionnement en protons/deutons Entre 10-8 et qqes 10-7 mbar pour un fonctionnement en ions lourds

17 4. Description détaillée des lignes

18 Description de LBE1 (1/6) LBE1 (ions A/q=3) to RFQ Source LBE1-SOL11 Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-11 LBE1-Q11/12/13 Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max

19 Description de LBE1 (2/6) LBE1 (ions A/q=3) to RFQ LBE1-FH12 Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-D11 LBE1-Q11/12/13 LBE1-HX11 Cleaning slit Hexapole Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max 90 dipole ( = 60 cm, = )

20 Description de LBE1 (3/6) LBE1 (ions A/q=3) Achromatic double-deviation double-focusing dipoles + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-13 to RFQ LBE1-Q14/15/16 Selection slit Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-FH12 Cleaning slit Hexapole Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max 90 dipole ( = 60 cm, = ) LBE1-D11 LBE1-12? LBE1-13

21 LBE1 (ions A/q=3) 90 dipole ( = 60 cm, = ) Hexapole Description de LBE1 (4/6) Achromatic double-deviation double-focusing dipoles + quadrupole triplet (& steerers) Selection slit AF EM Emittancemètres LBE1-AF11 LBE1-D12 to RFQ Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) Cleaning slit Hexapole Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max 90 dipole ( = 60 cm, = ) LBE1-14 LBE1-HX12

22 Description de LBE1 (5/6) LBE1 (ions A/q=3) 90 dipole ( = 60 cm, = ) Hexapole Quadrupole triplets (& steerers) Achromatic double-deviation double-focusing dipoles + quadrupole triplet (& steerers) AF EM to RFQ Selection slit Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-22 Cleaning slit Hexapole Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max 90 dipole ( = 60 cm, = ) LBE1-HX12 LBE1-Q21/22/23

23 Description de LBE1 (6/6) LBE1 (ions A/q=3) 90 dipole ( = 60 cm, = ) Hexapole Quadrupole triplets (& steerers) AF Achromatic double-deviation double-focusing dipoles + quadrupole triplet (& steerers) AF EM LBE1-Q23 to RFQ Selection slit Solenoid + quadrupole triplet (& steerers) LBE1-AF21 LBE1-24 Cleaning slit Hexapole Source A/q=3 PHOENIX V2 (18 GHz) 60 kv max 1.3 ma max 90 dipole ( = 60 cm, = ) LBE1-Q24/24/26

24 Description de LBE2 + LBEC (1/4) LBE2 (H+, D+) to RFQ LBEC (H+, D+, A/q=3 ions) Source LBE2-SOL11/12 Double-coil solenoid + steerers LBE2-11 H+/D+ source ECR 2.45 GHz 40.3 kv max 6.5 ma max LBE2-DC11 (HO+VE)

25 Description de LBE2 + LBEC (2/4) LBE2 (H+, D+) to RFQ LBEC (H+, D+, A/q=3 ions) Achromatic double-deviation dipoles + quadrupole triplet (& steerers) LBE2-D11 45 dipole ( = 50 cm, =0 ) Double-coil solenoid + steerers LBE2-12 LBE2-Q14/15/16 H+/D+ source ECR 2.45 GHz 40.3 kv max 6.5 ma max LBE2-12

26 Description de LBE2 + LBEC (3/4) LBE2 (H+, D+) Achromatic double-deviation dipoles + quadrupole triplet (& steerers) 45 dipole ( = 50 cm, =0 ) 45 dipole ( = 50 cm, =0 ) 10 kv slow chopper Quadrupole quadruplet (& steerers) LBE2-13 to RFQ Hacheur LBEC (H+, D+, A/q=3 ions) LBEC- Q31/32/33/34 Double-coil solenoid + steerers H+/D+ source ECR 2.45 GHz 40.3 kv max 6.5 ma max LBE2-Q15/16 LBE2-D12 LBEC-31

27 LBE2 (H+, D+) Achromatic double-deviation dipoles + quadrupole triplet (& steerers) 45 dipole ( = 50 cm, =0 ) 45 dipole ( = 50 cm, =0 ) Description de LBE2 + LBEC (4/4) 10 kv slow chopper Quadrupole quadruplet (& steerers) 3-slit system LBEC-FH32/33/34 LBEC-FV32/33/34 EM Double-coil solenoid to RFQ DCCT Emittancemètres LBEC (H+, D+, A/q=3 ions) LBEC-34 Double-coil solenoid + steerers H+/D+ source ECR 2.45 GHz 40.3 kv max 6.5 ma max LBEC-32 LBEC-33 LBEC-34 LBEC- SOL31/32 LBEC-35

28 Merci pour votre attention! Photos by R. Ferdinand ;)