Développement des sources ECR: Le concept ALISES

Images Alisés 2 en cours de test sur le banc Betsi (bat 124 Hall 4E).

Depuis les années 90, l’Irfu a conçu, réalisé et fait fonctionner des sources ECR (Electron Cyclotron Resonance) d’ions légers de forte intensité pour différents projets comme Iphi, Spiral2, Ifmif, Fair.

Le principe des sources ECR est basé sur le chauffage des électrons par résonance cyclotronique électronique en présence d’une onde électromagnétique haute fréquence et d’un champ magnétique produit par un système de bobines ou d’aimants permanents. Dans le cas des sources Alisés, un magnétron industriel fournit l’énergie de chauffage à 2,45 GHz et un solénoïde produit le champ magnétique axial. La résonance se produit à l’intérieur d’une chambre d’ionisation (chambre plasma) dans laquelle un gaz hydrogène ou deutérium est injecté et subit une ionisation due à l’impact électronique des électrons chauds. L’ensemble étant porté à la haute tension, un orifice de quelques millimètres permet de produire un faisceau d’ions au moyen d’un système d’extraction multi électrodes qui assure à la fois la mise en forme et l’accélération du faisceau d’ions. Les améliorations qui ont été apportées au cours des trois dernières années concernent principalement la géométrie du système d’extraction. L’objectif est d’obtenir une source compacte, constituée d’un assemblage de pièces simples de manière à avoir une maintenance aisée. Cette démarche nous conduit à la construction d’un premier prototype Alisés 1 pour valider le concept. Après des modifications importantes, la nouvelle source compacte Alisés 2 est maintenant opérationnelle.

ALISÉS 1 & 2

En 2011, nous avions développé une nouvelle source d’ions mono chargés de type ECR pour répondre en partie à la problématique des accélérateurs de forte intensité (de l’ordre de 100 mA), à savoir minimiser la longueur de la ligne basse énergie (LBE). La première version « Alisés 1 » a permis de tester plusieurs longueurs et diamètres de chambre d’ionisation permettant une réduction de la taille de la source mais aussi de s’affranchir de certaines difficultés liées à la plateforme haute tension en ayant un système magnétique au potentiel du laboratoire. Les améliorations apportées à cette première version ont permis de simplifier la géométrie de la source, de faciliter l’assemblage des différents éléments pour une maintenance plus aisée et aussi de réduire le coût global d’une source de ce type. Sur Alisés 2 la structure isolante fait partie intégrante du corps de source. Depuis février 2015, Alisés 2 est installée sur le banc test Betsi. Le premier faisceau a été extrait en mars 2015 et, on extrait régulièrement un faisceau d’ions hydrogène de 35 mA à 42 kV (H+ et autres ions moléculaires) au travers d’un trou de diamètre 6 mm, avec un record d’intensité extraite de 38,5 mA à 42 kV. La source fonctionne pour l’instant jusqu’à 50 kV en mode pulsé ou continu. Les réglages de la source sont parfaitement reproductibles.

FUTURS DÉVELOPPEMENTS VERS ALISÉS 3

Dans le cadre de l’upgrade de Betsi à 100 kV, Alisés 2 sera testée à plus haute tension. Nous avons déjà vérifié que la structure isolante est compatible avec une tension d’extraction de 70 kV. Des essais jusqu’à 100 kV sont prévus avec faisceau. La diminution de la taille de la source Alisés 2 a permis aussi de placer une bobine solénoïdale de diamètre plus faible autour de la structure isolante, en éliminant ainsi le solénoïde développé pour Alisés 1. Le projet de source Alisés 3 consiste à concevoir une source de dimensions encore plus réduites basée sur les résultats obtenus avec les deux premières versions, présentant un diamètre de chambre de 45 mm et utilisant un système magnétique plus compact.

Faisceau de H+ d’intensité 40 mA.

#4099 - Màj : 21/11/2019

Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers