Validation d'un nouveau logiciel de simulation tridimensionnel du Multipactor par le calcul et l'expérimentation

par Thibault Hamelin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marin Chabot.

Le président du jury était Yorick Blumenfeld.

Le jury était composé de Marin Chabot, Yorick Blumenfeld, Gilles Ban, Jean-Marie de Conto, Mohamed El Khaldi, Alain Durand.

Les rapporteurs étaient Gilles Ban, Jean-Marie de Conto.


  • Résumé

    Le multipactor est un phénomène parasite qui se produit dans les dispositifs où l'on transmet une onde hyperfréquence sous vide tels que les tubes électroniques à vide, les cavités résonnantes pour accélérateurs de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites. Il consiste en une avalanche d'électrons mis en mouvement par un champ hyperfréquence. La simulation du multipactor est cruciale dans tout design de structure HF sous vide. Les géométries complexes 3D d'objets imposent de posséder des outils de simulations tridimensionnels pour prédire ce phénomène. Le premier travail de cette thèse a consisté à valider un logiciel de simulation 3D du multipactor, Musicc3D, à la fois par le calcul et l'expérimentation. Une étude théorique à une dimension ainsi qu'une simulation 2D éprouvée ont été réalisées et les résultats du logiciel Musicc3D ont été favorablement confrontés à leurs résultats. Des règles de définition du maillage 3D ont été établies pour un bon fonctionnement de la simulation 3D. Toujours pour valider la simulation, l'ensemble des cavités accélératrices construites par l'IPNO ces dernières années a été simulé et favorablement comparé aux observations de barrières de multipactor quand elles existaient. Dans le but d'exploiter les prédictions de la simulation 3D, mais aussi de la valider et enfin d'être capable de qualifier différents matériaux et/ou états de surfaces, une cavité résonnante équipée de mesures dédiées au multipactor a été construite. Les premiers résultats obtenus avec cette cavité ont été favorablement comparés à la simulation.

  • Titre traduit

    Validation of a new Multipacting three-dimensional simulation software by calculation and experimentation


  • Résumé

    Multipacting is a parasitic phenomenon and extremely detrimental in devices where there is a ultra high frequency wave transmitted in a vacuum environment such as vacuum electron tubes, resonant cavities for particle accelerators and microwave circuits on board of satellites. It consists of an avalanche of electrons put in motion by a microwave field. Multipacting simulation is crucial in any HF structure design. The complex 3D geometrics obligates to have three-dimensional simulation tools to predict this phenomenon. The first study in this thesis consisted in validating a 3D simulation software of Multipacting, Musicc3D, by calculation and experimentation. A theoretical study with one dimension and a a tested 2D simulation were carried out and the results of the software Musicc3D were favorably confronted to their results. 3D grid definition rules were established for the proper working of the 3D simulation. Also to validate the simulation, the whole of the park of accelerating cavities built by the IPNO these last years was simulated and favorably compared with the observations of barriers of Multipacting when they existed. With an aim of exploiting the predictions of the 3D simulation, but also to validate it and finally be able to qualify various materials and/or state of surfaces, a resonant cavity equipped with measurements dedicated for Multipacting was built. The first results obtained with this cavity were favorably compared to the simulation.


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