Etudes de la préparation, de la caractérisation et du transport, des faisceaux stables et radioactifs auprès des lignes de basse énergie d'ALTO

Studies of preparation, characterisation and transport of low energy stable and radioactive ions for the ALTO low-energy beamlines

• Auteur / Autrice : Sophie Morard
• Direction : Araceli Lopez-martens
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Physique des accélérateurs

Dynamique faisceau

Instrumentation faisceau

Accelerators Physics

Beam dynamics

Beam instrumentation

Résumé

Au cours des dernières décennies, l'étude des noyaux exotiques riches en neutrons a été un sujet majeur d'investigations en physique nucléaire, et les observations ont eu un impact aussi bien dans les études de structure nucléaire qu'en astrophysique nucléaire. Le laboratoire Irène Joliot-Curie (IJCLab) a soutenu plus récemment le développement de deux expériences auprès des lignes de basse énergie de la plateforme de recherche ALTO (ALTO-LEB) : le spectromètre de masse à base de pièges de Penning MLLTRAP (construit au laboratoire Maier-Leibnitzen Allemagne) et LINO (Laser Induced Nuclear Orientation) pour la spectroscopie laser. Les intensités de faisceaux d'ions radioactifs de basse énergie délivrés aux dispositifs expérimentaux dépendent des processus physiques qui ont lieu dans l'ensemble cible-source et du transport des ions le long des lignes de transfert jusqu'aux expériences de physique. Pour garantir des intensités élevées, une bonne sélectivité et un transport optimisé des faisceaux radioactifs sont requis. Il est crucial de maîtriser l'efficacité de transmission dès la production jusqu'au dernier détecteur dédié à la mesure de l'observable désirée. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire que l'ensemble des instruments dédiés à la préparation des faisceaux pour les dispositifs expérimentaux soit fiabilisé en prenant en compte les caractéristiques des faisceaux produits à la source. Cela implique de mesurer à l'aide de diagnostics précis de l'émittance du faisceau de basse énergie. Dans le cadre de la fiabilisation des lignes de faisceaux de l'installation ALTO ainsi que de la mise en service des nouvelles lignes, des études de la caractérisation en sortie de source et des lignes de faisceaux de basse énergie pour une optimisation du transport des ions ont été menées. À cet effet, des simulations électrostatiques de l'extraction de l'ensemble cible-source ainsi que des lignes de transport d'ALTO-LEB ont été réalisées et comparées aux résultats expérimentaux obtenus lors des campagnes de mesures d'émittance et d'autres diagnostics de faisceaux. Les connaissances acquises lors des études faisceaux à Orsay seront fondamentales pour le démarrage de l'installation DESIR au GANIL-SPIRAL2 en cours de construction.

Over the last few decades, the study of neutron-rich exotic nuclei has been a major subject of investigation in nuclear physics, and the observations have had an impact on both nuclear structure studies and nuclear astrophysics. More recently, the Irène Joliot-Curie Laboratory (IJCLab) has recently supported the development of two experiments on the low-energy beamlines of the ALTO research platform (ALTO-LEB) : the MLLTRAP Penning Trap Mass Spectrometer (built at the Maier-Leibnitzen laboratory in Germany) and LINO (Laser Induced Nuclear Orientation) for laser spectroscopy. The intensities of low-energy radioactive ion beams delivered to experimental devices depend on the physical processes taking place in the target-ions source and the transport of ions along transfer lines to the physics experiments. To guarantee high intensities, a good selectivity and an optimized transport of the radioactive beams are required. It is crucial to manage the transmission efficiency from the production up to the last detector involved in the measurement of the observable of interest. To achieve this objective, all the instruments used to prepare beams for the experimental devices need to be made reliable, by taking into account the characteristics of the beams produced at the source. That implies measuring the emittance of the low-energy beam using precise diagnostics. As part of the process of improving the reliability of the ALTO facility's beam lines and commissioning new lines, particularly the one serving MLLTRAP, studies were carried out on the characterisation of the source output and low-energy beam lines to optimise ion transport. To this end, electrostatic simulations of the target-ions source extraction and the ALTO-LEB transport lines were carried out and compared with the experimental results obtained during the emittance measurement campaigns and other beam diagnostics. The knowledge acquired during the beam studies at Orsay will be fundamental for the commissioning of the DESIR installation at GANIL-SPIRAL2, which is currently under construction.