Etude experimentale et simulation de l'acceleration et du transport d'un faisceau d'ions negatifs

par CLAIRE MICHAUT-BEHAR

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Briand.

Soutenue en 1993

à Paris 6 .

mots clés

• Anions
• Plasmas (gaz ionisés)

Résumé

Nous extrayons, d'une source en volume, et accelerons des ions negatifs d'hydrogene a 15 kev. Le faisceau forme est transporte sur une distance d'un metre, jusqu'aux elements de mesure. Une mesure directe du courant, environ 3ma, est realisee grace a une coupe de faraday, une mesure des particules du faisceau est effectuee a l'aide d'un calorimetre et enfin un analyseur de profils du faisceau permet une etude plus fine de la repartition transverse des particules dans le faisceau. En parallele, nous avons developpe un code de simulation numerique de l'extraction et de l'acceleration des ions negatifs. La formation du faisceau dans l'accelerateur n'explique pas tous les phenomenes, notamment la forme et le courant du faisceau suivant la pression dans la region de transport. Par suite de confrontations entre resultats numeriques et experimentaux, nous avons ete amenes a simuler aussi la region de transport. Les resultats portent sur l'etude et l'optimisation de l'accelerateur, et sur l'etude du comportement du faisceau avec la pression. Autant que possible l'experience est comparee a la modelisation numerique du faisceau. Pour une configuration donnee de l'accelerateur, il n'existe qu'une seule polarisation optimale pour chacune de ses trois electrodes. Nous mettons en evidence les collisions du faisceau sur le gaz de la region de transport et de l'accelerateur. Ces collisions provoquent soit des changements de l'etat de charge des particules incidentes, soit l'ionisation des particules cibles. Par suite, pour des pressions suffisamment fortes dans la region de transport, il se cree un plasma, le faisceau est bien confine car sa charge est neutralisee. A tres basse pression, le faisceau eclate sous l'effet de sa charge d'espace tres negative. Nous montrons alors que dans des cas extremes de pression, des gradients de potentiels se forment dans les directions transverse au faisceau et de propagation.

Titre traduit

Experimental study and simulation about acceleration and transport of a negative ion beam

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