Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

L'injecteur du projet FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) a pour mission de produire un faisceau de protons qui sera injecté dans l’étage d’accélération suivant, une cavité radio-fréquence quadrupolaire (RFQ) de type « Ladder RFQ » actuellement en construction à l’université de Frankfort. L’injecteur comporte une source d'ions de type ECR (Electron Cyclotron Resonance) suivie d'une ligne de transport basse énergie (LBE) équipée de deux solénoïdes pour assurer la bonne focalisation du faisceau.

Plusieurs diagnostics ont été utilisés successivement pour caractériser le faisceau à trois positions : 1) à la sortie de la colonne accélératrice de la source, 2) sur la LBE entre les 2 solénoïdes, 3) à la sortie de la LBE, autour du point focal d’injection dans le RFQ. Le faisceau a été analysé en pureté avec un filtre de Wien (H⁺, H₂⁺, H₃⁺, ions lourds). Le courant total extrait a été mesuré à l’aide d’un ACCT (AC Current Transformer) et en bout de ligne avec un second ACCT sur l’arrêt faisceau. Enfin, l’émittance du faisceau a été mesurée à l’aide d'un scanner de type Allison.

Les premiers faisceaux ont été extraits de la source à partir de mi-2016, d’abord avec des électrodes plasma avec des diamètres d’extraction de 3 mm et 6 mm afin de démarrer avec un faisceau de faible puissance et débugger l’ensemble de l’installation. Les résultats obtenus avec 6 mm étaient déjà prometteurs avec 60 mA de courant total extrait et mesurés en sortie source à l’énergie nominale de 95 keV, alors que le système d’extraction a été optimisé et réalisé pour un faisceau de 120-130 mA.

Contrairement aux mises en service des injecteurs réalisées au DACM jusqu’à présent (IPHI, IFMIF, SPIRAL2), une procédure innovante a été mise en œuvre, consistant à caractériser le faisceau en fonction du profil axial de champ magnétique dans la chambre plasma tout en conservant la zone de résonance électronique au niveau de l’injection de l’onde RF dans la chambre plasma. Pour cela on fait varier le courant dans les deux bobines B1 (proche de l’extraction) et B2 (proche de l’injection RF).

Les différents réglages faisceau (quantité de gaz, puissance RF, adaptateur d’impédance, tension accélératrice dans le premier gap entre électrode intermédiaire et plasma) ont permis de produire des faisceaux de 40 à 65 mA. L’analyse de la pureté du faisceau réalisé à l’aide du filtre de Wien a révélé une proportion de protons de plus de 80% dans la majorité des configurations magnétiques étudiées, avec pratiquement pas de H₃⁺. Les mesures d’émittance ont montré des valeurs rms normalisées variant entre 0.27 et 0.46 p.mm.mrad, principalement en fonction du courant extrait, à cause de la charge d’espace.