Les Diagnostics faisceau de IFMIF / LIPAc. Les moniteurs de profils et de pertes du faisceau

IFMIF-LIPAc Beam Diagnostics. Profiling and Loss Monitoring Systems

• Auteur / Autrice : Jan Egberts
• Direction : Olivier Napoly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/09/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Puzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Napoly, Patrick Puzo, Etienne Burtin, Peter Forck, Jacques Marroncle, Mariusz Sapinski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Burtin, Peter Forck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accélérateurs linéaires

Fusion nucléaire

Charge d'espace

Mots clés libres

Diagnostics

IFMIF

LIPAc

Gaz résiduel

Non-interceptif

Profileur

Chambre à ionisation

Moniteur de pertes

Diagnostics

IFMIF

LIPAc

Residual gas

Non-interceptive

Profiler

Ionization chamber

Loss monitor

Résumé

IFMIF sera constitué de deux accélérateurs de deutons délivrant des faisceaux continus de 125mA et d’énergie 40MeV qui bombarderont une cible de lithium liquide. Face à cette très haute puissance faisceau de 10 MW, de nouveaux défis doivent être relevés pour le développement de tels accélérateurs. C’est pour cette raison qu’a été prise la décision de construire un accélérateur prototype, LIPAc (Linear IFMIF Prototype Accelerator) ayant les mêmes caractéristiques faisceau qu’IFMIF, mais avec une énergie limitée à 9MeV. Dans le cadre de cette thèse, des instruments de diagnostics faisceau ont été développés pour IFMIF et LIPAc. Ces diagnostics concernent des moniteurs de pertes faisceau ainsi que des profileurs transverse de faisceau travaillant en mode intercepteur ou non.Pour la surveillance des pertes faisceau, des chambres à ionisation et des détecteurs au diamant ont été testés et calibrés en neutrons et en γ dans la gamme en énergie de LIPAc. Lors de ces expériences, pour la première fois des diamants ont été testés avec succès à des températures cryogéniques. Pour les profileurs interceptant le faisceau, des simulations thermiques ont été réalisées afin d’assurer leur bon fonctionnement. Pour les profileurs n’interceptant pas le faisceau, des moniteurs basés sur l’ionisation du gaz résiduel (IPM) contenu dans le tube faisceau ont été développés. Un prototype a été construit et testé, puis s’inspirant de ce retour d’expérience les IPMs finals ont été conçus et construits. Pour contrecarrer la charge d’espace générée par le faisceau, un algorithme a été élaboré afin de reconstruire le profil réel du faisceau.

The IFMIF accelerator will accelerate two 125mA continuous wave (cw) deuteron beams up to 40MeV and blasts them onto a liquid lithium target to release neutrons. The very high beam power of 10MW pose unprecedented challenges for the accelerator development. Therefore, it was decided to build a prototype accelerator, the Linear IFMIF Prototype Accelerator (LIPAc), which has the very same beam characteristic, but is limited to 9 MeV only. In the frame of this thesis, diagnostics devices for IFMIF and LIPAc have been developed. The diagnostics devices consist of beam loss monitors and interceptive as well as non-interceptive profile monitors. For the beam loss monitoring system, ionization chambers and diamond detectors have been tested and calibrated for neutron and γ radiation in the energy range expected at LIPAc. During these tests, for the first time, diamond detectors were successfully operated at cryogenic temperatures. For the interceptive profilers, thermal simulations were performed to ensure safe operation. For the non-interceptive profiler, Ionization Profile Monitors (IPMs) were developed. A prototype has been built and tested, and based on the findings, the final IPMs were designed and built. To overcome the space charge of accelerator beam, a software algorithm was written to reconstruct the actual beam profile.