Etude et développement d’une nouvelle source ECR produisant un faisceau intense d’ions légers

Study and development of a new ECR source creating an intense light ions beam

• Auteur / Autrice : Sébastien Nickees
• Direction : Olivier Napoly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/12/2012
• 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 : Laboratoire d'Etudes et de Développements pour les Accélérateurs
• Jury : Président / Présidente : Patrick Puzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Napoly, Patrick Puzo, Jean-Marie de Conto, Antonio Carlos C. Villari, Bruno Pottin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marie de Conto, Antonio Carlos C. Villari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux, Dynamique des

Phénomènes électromagnétiques

Plasmas microondes

Sources d'ions

Mots clés libres

Sources d’ions

Résonance électronique

Décharges Penning

Simulations numériques

Plasma

Réflectométrie

Grossissement d’émittance

Électromagnétisme

Ions sources

Electronic resonance

Penning Discharges

Numerical simulations

Plasma

Reflectometry

Emittance growth

Electromagnetism

Résumé

Cette thèse entre dans le cadre de l’étude et la conception d’une nouvelle source ECR d’ions légers au sein du LEDA (Laboratoire d’Etudes et de Développement des Accélérateurs – CEA Saclay), nommée ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). Dans un premier temps, la conception magnétique, électrique et mécanique de la nouvelle source est décrite. Ensuite, des simulations ont été effectuées afin de déterminer la réduction du grossissement d’émittance en tenant compte de la réduction de la longueur de la LBE (Ligne Basse Energie) apportée par la source ALISES. Cette source permettant aussi de réaliser une étude sur les dimensions de la chambre plasma cylindrique, des simulations ont été effectuées afin de mieux comprendre l’interaction entre l’onde radiofréquence et le plasma. Par la suite, les expériences réalisées sur la source ALISES ont permis de mettre en évidence, de comprendre et de résoudre les problèmes de décharges Penning dans le tube accélérateur. Les mesures réalisées sur le plasma ont permis de dégager l’hypothèse que les électrons sont chauffés à l’entrée de la chambre plasma puis thermalisés sur toute sa longueur afin d’atteindre une énergie correspondante au maximum de la section efficace d’ionisation du dihydrogène.

This thesis is in the context of study and design of a new ECR light ion source on LEDA (Laboratory of Research and Development of Accelerators - CEA Saclay), named ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). As a first step, the magnetic, electrical and mechanical design of the new source is described. Then, simulations were performed to determine the reduction of emittance growth taking into account the reduction of the length of the LBE (Low Energy Beam Line) provided by the source ALISES. With this source, it’s also possible to realize a study on the dimensions of the cylindrical plasma chamber. Simulations were performed to better understand the interaction between radiofrequency wave and plasma. Subsequently, experiments on the source ALISES helped highlight, understand and solve problems in the Penning discharges inside the accelerator column. Measurements performed on the plasma have yielded the assumption that the electrons are heated at the entrance of the plasma chamber and thermalized along its entire length to achieve an energy corresponding to the maximum of the ionization cross section for hydrogen.