Application à des distributions mesurées

L’application de l’algorithme défini précédemment à des distributions simulées présente l’intérêt de pouvoir prévoir le développement du halo et d’optimiser l’optique de l’accélérateur afin de limiter cet effet. Il est important, pour régler un accélérateur réel de pouvoir aussi quantifier le halo à partir d’une distribution mesurée, en surmontant le problème des bruits de mesure cette fois et des seuils de sensibilité qui sont liés à la physique des instruments de mesure.

Certains jeux de données qui sont présentés ici nous ont été fournis par Olga Konstantinova de KEK au Japon et Nuria Fusmar de IFIC en Espagne. Nous tenons à leur exprimer notre gratitude pour cette collaboration. Les autres sont issus des mesures effectuées à Rokkasho.

Les résultats sont présentés avec le même format et les calculs réalisés avec les mêmes paramètres que dans la partie précédente 7.3.4.

Figure 7.29 – Résultats pour un faisceau de protons de 70 mA à 50 keV, avec une tension de 20 kV

dans le premier intervalle.

Résultats issus du prototype LIPAc à Rokkasho :

Les résultats présentés ici sont issus des mesures de l’émittance-mètre positionné entre les deux solénoïde de la LEBT LIPAc. Ces données ont été traitées comme évoqué dans le textbfe 3.5 afin de soustraire le bruit de fond et d’isoler les signaux

des différentes espèces d’ions moléculaires et n’observer que les protons ou les deutérons.

Figure 7.30 – Résultats pour un faisceau de deutérons de 100 mA à 100 keV, avec un cycle utile de

20%.

Dans un premier temps les résultats pour un faisceau de protons de 70 mA à 50 keV sont présentés sur la figure 7.29. La tension du premier intervalle est ici très faible ce qui cause une augmentation importante de l’émittance et de la quantité de particules dans le halo.

Ensuite deux faisceaux de Deutérons à 100 keV ont été analysés et les résultats sont visibles sur les figures 7.30 et 7.31. Ces deux mesures ont été effectuées dans des conditions similaires et la principale différence est le cycle utile, plus important pour le second cas. Du fait du cycle utile plus important la proportion de D+

diminue de 80 à 60 % et l’émittance se dégrade, ce qui a déjà été observé de nombreuses fois. Cependant on peut noter que visuellement, cette augmentation de l’émittance globale est associée à une diminution de la quantité et de la taille du halo, bien plus petit dans le second cas. Ceci est confirmé par les paramètres PHP et PHS et montre encore une fois que les paramètres statistiques globaux ne sont pas les plus appropriés pour rendre compte de la qualité d’un faisceau.

Pour un faisceau aussi proche de l’extraction, l’émittance vient surtout de la non-linéarité de l’angle des particules en fonction de leur position, qui donne la forme en S bien caractéristique. Cela est dû au fait que le faisceau de haute

Figure 7.31 – Résultats pour un faisceau de deutérons de 100 mA à 100 keV, avec un cycle utile de

60%

intensité et subissant donc une forte charge d’espace a une très forte divergence à l’extraction. Les particules sur l’extérieur vont alors très loin de l’axe, là où les champs électriques des électrodes d’extraction et magnétiques des solénoïdes sont fortement non-linéaires. La focalisation subie est donc plus élevée, ayant pour effet de replier le halo vers l’intérieur, le faisant "tourner" plus vite dans l’espace des phases.

Signalons enfin qu’avec ces distributions mesurées, on est confrontés à la difficulté d’obtenir de bons résultats avec le code qui est présenté en annexe A. A ces basses énergies, la distribution dans l’espace de phases est très allongée, formant une ligne d’un pixel ou deux d’épaisseur seulement, rendant la détection de la limite cœur-halo très imprécise.

Résultats issus du Compact Energy Recovery Linac de KEK :

Les résultats présentés ici sont obtenus à partir des données des caméras mesurant la distribution spatiale du faisceau d’électrons du Compact Energy Recovery Linac et nous ont été fournis par Olga Konstantinova.

Ils sont à l’origine d’une partie des traitements numériques de bruit de fond qui ont été implémentés (voir en annexe A). En effet, pour les trois distributions présentées, le bruit haute fréquence a d’abord été filtré et un offset soustrait. Les résultats pour les caméras numéro 3, 11 et 14 sont respectivement présentés en

figures 7.32, 7.33, 7.34.

Le calcul de la grandeur PHP est nécessairement faussé puisque lors des mesures, afin d’augmenter la résolution sur le halo au pied du signal, le gain des caméras a été augmenté jusqu’à saturation, écrêtant le cœur.

Résultats issus de l’IP ATF2 de KEK :

Les résultats présentés ici sont issus de la caméra CCD mesurant la distribution spatiale du faisceau d’électrons juste avant l’Interaction Point d’ATF2 et nous ont été fournis par Nuria Fusmar. Ils sont visibles en figure 7.35.

Les données ont de même été traitées pour retirer le bruit haute fréquence du détecteur et un offset. La taille relativement faible du faisceau par rapport à la taille de l’image n’a pas posé de problème suite aux recadrages successifs, la néanmoins haute résolution de l’image fait que le nombre d’angles nécessaire calculé par l’algorithme est très élevé et est la cause de ce contour cœur-halo très haché.

On voit que même s’il ne s’agit pas d’une distribution dans l’espace des phases mais dans l’espace réel avec les coordonnées x et y, il est possible de définir une grandeur statistique, similaire à l’émittance pour des espaces de phase, comme le déterminant de la matrice de covariance du faisceau et les paramètres de Twiss associés pour les ellipses de concentration correspondants.

Figure 7.33 – Résultats pour les données de la caméra 11 de KEK-CERL