Etude de la compensation de charge d'espace dans les lignes basse énergie des accélérateurs d'ions légers de haute intensité

Space Charge Compensation in Low Energy Beam Lines Transport of Light Ions Accelerators with High Intensity

• Auteur / Autrice : Frédéric Gerardin
• Direction : Olivier Napoly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 11/01/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie de Conto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Napoly, Jean-Marie de Conto, Alessandra Lombardi, Dirk Vandeplassche, Angeles Faus-Golfe, Nicolas Chauvin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alessandra Lombardi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accélérateurs linéaires

Faisceaux, Dynamique des

Accélérateurs d'ions

Charge d'espace

Mots clés libres

Charge d'espace

Accélérateurs linéaires

Dynamique faisceau

Simulations

Haute intensité

Space charge

Beam dynamics

Linear accelerators

Simulations

High intensity

Résumé

L’étude de la dynamique d’un faisceau d’ions de haute intensité dans les lignes de basse énergie (LBE)représente l’un des défis majeurs de la science des accélérateurs. basse énergie, cette dynamique est dominée par le champ de charge d’espace induit par le faisceau lui-même, qui en général est non linéaire et peut entrainer des phénomènes de halo, de grossissement d’émittance et de pertes de faisceau. Toutefois, un faisceau à basse énergie se propageant dans une LBE induit l’ionisation du gaz résiduel présent dans la chambre. Les particules (ions et électrons) issues de l’ionisation sont repoussées ou attirées radialement par le champ de charge d’espace en fonction du signe de leur charge. D’autres réactions physiques ont lieu dans la ligne basse énergie, jouant ainsi un rôle dans la dynamique du faisceau et sur l’établissement du temps et du taux de compensation de charge d’espace. Afin d’obtenir des résultats prédictifs et fiables quantitativement, des simulations de transport de faisceau en régime de compensation de charge d’espace avec le code de calcul warp ont été réalisées en prenant également compte les réactions physiques les plus probables. On discutera ensuite des résultats de ces simulations en lien avec ceux issus de différentes compagnes de mesure réalisées auprès des LBE des projets MYRRHA et IFMIF.

The study of intense ion beam dynamics in lowenergy beam transport line (LEBT) representsone of the most important challenges inaccelerating sciences. At low energy, it isdominated by the space-charge field created bythe beam itself, which is generally non-linearand can induce halo, emittance growth and beamlosses. But, a ion beam at low energypropagating in a LEBT ionises the residual gas.The particles (ions and electrons) fromionisation are repelled or confined radially bythe space charge field according to their chargesign.Other interactions take place in the LEBT,modifying the beam dynamics and the space chargecompensation time and the space-chargecompensation yield. In order to obtain predictiveand precise results quantitatively, numericalsimulations of beam transport in space-chargecompensation regime with WARP code havebeen realized taking account the most probablephysical interactions. Then, we will discuss theresults with comparisons with experimental dataobtained on the MYRRHA and IFMIF LEBT’s