3.5 Mise en service à Rokkasho
3.5.3 Confrontation aux simulations
Afin de confronter le modèle le plus à jour de l’injecteur présenté en section 3.2, les modification apportées décrites en 3.3 et les nouvelles cartes de champ des solénoïdes décrites en 3.4 ont été intégrées, ainsi que diverses modifications de la géométrie du tube faisceau, l’objectif étant de démontrer que les propriétés du faisceau pouvaient être déduites de simulations représentant l’état courant de l’injecteur. Des simulations de transport correspondant à ce qui avait été fait à Saclay ont été faites et les résultats sont bien meilleurs pour le transport d’un faisceau de D+ jusqu’à la fin de la ligne. Cette nouvelle comparaison est présentée
en figure 3.63. Les barres d’erreurs sur les valeurs mesurées de l’émittance présentées ci-dessus ont été calculées tel que dans le rapport [58].
E (keV) Itot (mA) (avant/après) µm H+ (Doppler/EMU) (%)
85 55 0.273/0.262 57/72 85 100 0.352/0.348 67/82 85 148 0.578/0.575 70/89 100 100 0.166/0.150 72/76 100 120 0.208/0.193 74.9/77 100 137.5 0.287/0.278 77.3/80
Table 3.5 – Emittance et proportions des espèces ionique du faisceau avant et après l’application du
Mesures d’émittance Le transport du faisceau dans les deux conditions décrites plus haut a été ensuite simulé. Une bonne fidélité du modèle de dynamique faisceau permettra de faciliter la mise en service du RFQ qui suivra celle de l’injecteur, pendant laquelle l’émittance et la distribution dans l’espace des phases du faisceau ne seront plus mesurables après le cône comme expliqué en 3.3.
Les proportions utilisées pour ces simulations sont celles qui ont été mesurées par l’émittance mètre, les H+ représentent ici 88% du faisceau. Le cycle utile utilisé
est de 50%.
La figure d’émittance résultant des simulations pour le cas d’un faisceau avec une tension dans le premier intervalle de 20 kV (H+ 50 keV 70 mA) est présentée
en figure 3.59, celle pour une tension de 30 kV en figure 3.62. Les émittances mesurées sont respectivement de 0.968 et 0.644 µm, les émittances simulées sont de respectivement 0.434 et 0.279 µm.
On voit que bien que les dimensions du faisceau soient concordantes, la di- vergence calculée est beaucoup plus faible et les émittances sont toujours d’un tiers de ce qui est mesuré. De plus l’influence de la différence de potentiel du premier intervalle est sous estimée. Ces importantes différences pour le transport des protons avec un faible diamètre d’électrode plasma restent à être interprétées et comprises.
Figure 3.63 – Emittances mesurées et simulées à la fin de la LEBT LIPAc pour plusieurs courants et
Figure 3.64 – Courant mesuré sur le bloc d’arrêt faisceau en fonction des champs des deux solénoïdes
Réglage des solénoïdes Un bon moyen de calibrer le modèle numérique de l’accélérateur est de vérifier la transmission à travers une section entière comme la LEBT. Ce paramètre dépend des différentes ouvertures le long de la ligne, de la taille du faisceau et de la focalisation qui lui est appliquée. Une série de simulations de transport du faisceau à travers la LEBT a été réalisée. La valeur totale du courant a été adaptée de manière à correspondre au courant maximum mesuré expérimentalement et de prendre en compte, avec un taux d’émission constant les électrons secondaires.
Les valeurs du courant mesuré sur le bloc d’arrêt dans ces conditions pour différentes valeurs des champs des solénoïdes sont représentées en figure 3.65. Les lignes correspondant à une taille des faisceaux de H+ et H2+ supérieure au bloc d’arrêt sont respectivement représentées en blanc et en jaune.
On voit donc que, pour un champ de B2 constant et un champ de B1 variable, les régions où la transmission mesurée chute rapidement alors que celle simulée reste maximale correspondent à un faisceau qui dépasse la taille du bloc d’arrêt. D’autre part, la région de transmission maximale mesurée est plus fine en suivant des variations de B1 que dans les simulations. Le premier solénoïde, ayant un bras de levier avant la mesure plus important, influe plus sur la divergence du faisceau et donc la production d’électrons secondaires, ce qui peut expliquer cette différence.
3.5.4
Conclusion
Les résultats expérimentaux obtenus lors de la mise en service de l’injecteur LIPAc et confrontés aux simulations soulignent des faiblesses dans la modélisation de l’extraction et la mesure des courants. Utiliser la mesure de courant de l’ACCT ou polariser le bloc d’arrêt peuvent être des solutions pour de faisceaux de petite taille, mais qui ne conviendront pas aux faisceaux trop larges pour le cône ou le bloc d’arrêt. Par ailleurs, l’utilisation d’un code plus moderne pour l’extraction permettrait d’améliorer le réalisme du modèle et donc la prédictibilité des paramètres du faisceau injecté dans le RFQ. De tels efforts sont actuellement en cours [38], [18].
Chapitre 4
RFQ et Ligne Moyenne Énergie -
Réglages optiques pour la mise en
service
Résumé : Le modèle de dynamique faisceau de l’injecteur IFMIF a été mis à
jour après la mise en service de l’injecteur à Saclay. Il a été utilisé comme point de départ pour définir le réglage nominal de la Ligne Moyenne Énergie (MEBT) pour la mise en service du faisceau RFQ + MEBT. Les méthodes d’optimisation sont décrites. Les distributions de particules le long de la structure et le dépôt d’énergie sur l’arrêt faisceau sont présentés. Les principales conséquences sont discutées.
4.1
Introduction
Dans le plan de mise en service prévu pour LIPAc [29], la MEBT sera mise en service en même temps que le RFQ, dans une configuration différente de celle définitive, pour laquelle un réglage nominal est encore à définir.
Après la mise en service de l’injecteur à Saclay sa configuration était défini- tivement figée et un premier modèle de dynamique faisceau pour cette section a été établi. Á partir de ce modèle, on optimise ensuite les paramètres de cette section pour l’injection dans le RFQ qui la suit et le faisceau de sortie du RFQ a été utilisé comme une entrée pour la MEBT afin de définir un réglage nominal de la configuration de mise en service RFQ + MEBT.
Cette section présente les résultats de simulations de dynamiques faisceau pour définir un tel réglage nominal et les discussions sur les principales conséquences qui en découlent.