Etudes et conception d’un refroidisseur radiofréquence à gaz-tampon pour des faisceaux radioactifs de haute intensité

par Florian Duval

Thèse de doctorat en Constituants élémentaires et physique théorique

Sous la direction de Gilles Ban.

Soutenue en 2009

à Caen .


  • Résumé

    Ce projet s’inscrit dans le cadre de Spiral2 et de DESIR. L’objectif est de réduire l’emittance des faisceaux de Spiral2 pour permettre a un séparateur haute-résolution d’en effectuer la purification. Ce refroidisseur consiste en une structure quadrupolaire ou les ions sont confines par des champs RF en opposition de phase a 100eV. De l’hélium est injecte dans le quadrupole et, a chaque collision, l’ion perdra de l’énergie et sera finalement refroidi. La principale problématique est la charge d’espace. Les appareils existants refroidissent des courants quelques 10nA quand nous aurons a faire face a des intensités du μA ce qui accroîtra la répulsion coulombienne entre les ions. Cela impose de produire de forts champs de confinement (≈ 1kV/mm). Nous avons travaille sur un premier prototype, ayant un rayon de 3mm. Le principal effort de R&D a porte sur la partie électronique. Un premier système, base sur un circuit résonant LC, a été développe permettant de fournir jusqu’a 2500Vpp. Dans ces conditions, nous avons vérifie que nous n’avions pas de décharges électriques entre nos électrodes. Nous avons réduit l’emittance des faisceaux a 2π. Mm. Mrad a 60keV et la dispersion en énergie longitudinale a 146meV. La transmission maximale en 23Na+ et en 87Rb+ est de 25% avec une source a ionisation de surface dont la qualité du faisceau est meilleure que celle de Spiral2. Nous avons concu un nouveau refroidisseur avec une acceptante de 80π. Mm. Mrad a 60keV. Il a un rayon interne plus grand (r0 ≈ 5 mm) et de nouveaux jeux d’electrodes à l’injection et à l’extraction. Les performances du système RF ont été améliorées pour atteindre des amplitudes de 7kVpp.

  • Titre traduit

    Studies and conception of a radiofrequency cooler for high intensity beams


  • Résumé

    This project is in the frame of Spiral2 and DESIR. The goal is to reduce beams emittance of Spiral2 beams to allow their purification with a high resolution separator. This cooler consists on a quadrupolar structure on which ions are confined by RF potential in opposite phase at 100eV. Helium is injected in the quadrupole and, after each collision, ion lose a part of its energy and is finally cooled. The main problem concerns the space charge. The existing devices cool current of few 10nA whereas we have to treat intensity around 1μA whose induce more coulombian repulsion between ions. That needs to produce strong RF fields (≈ 1kV/mm). We have worked on a first prototype with a 3mm-inner radius. The main R&D effort concerns the electronic part. A first RF system, based on a LC resonant circuit, has been developed and have provided up to 2500Vpp. We have checked that we didn’t have electrical breakdown between our electrodes. We have reduced beam emittance at a value around 2π. Mm. Mrad at 60keV and the longitudinal energy spread at 146meV. The maximum transmission in 23Na+ and 87Rb+ is 25% with an ionization source for which the beam quality is better than Spiral2. We have conceived a new cooler with an acceptance of 80 π. Mm. Mrad at 60keV. It has a larger inner radius (r0 ≈ 5 mm) and new sets of injection and extraction electrodes. The performances of the RF system have been improved to reach amplitudes up to 7kVpp.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (122 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.119-122

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2009-48
  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2009-48bis
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