La cellule d’extraction

La cellule d’extraction est placée à la sortie du RFQ. Cette cellule est constituée de trois électrodes cylindriques de dimension et d’ouvertures différentes. La figure III.3 représente la géométrie et la position de cette cellule par rapport au RFQ.

L’électrode de masse et l’électrode d’extraction sont polarisées respectivement à la masse et à la haute tension. Elles permettent d’extraire et de ré accélérer les ions refroidis arrivant en aval du RFQ. La lentille d’extraction de trois électrodes permet de focaliser les ions au sein de la cellule d’extraction.

Fig.III. 3: La cellule d’extraction : géométrie et positions des électrodes par rapport au RFQ.

3. La chambre du RFQ

Le RFQ est placé au sein d’une chambre remplie du gaz tampon et mis à la haute tension (figure III.4 à droite). Les deux cellules d’injection et d’extraction sont en contact avec la

0F1 3"FF1F1F1 41*"FF1F1"1 (F""F1.F-1 3"FF1 .F-1 .F-1 041 0F1 3"FF1F1F1 41*"FF1F1"1"F""F1 .#F1 2341 3"FF1 .#F1

chambre du RFQ à travers les orifices d’injection et d’extraction. Les faibles diamètres de l’ouverture de ces orifices, 8 mm pour l’orifice d’injection et 6 mm pour celui de l’extraction, ont été choisis afin de réduire la diffusion du gaz tampon.

Le RFQ consiste en quatre barres cylindriques. Ces dernières sont constituées de 18 segments équidistants. Pour s’adapter au authentique des faisceaux de SPIRAL2/DESIR, le

rayon interne _' a été de 5 mm [Duv09]. Le jeu entre deux segments successifs est de 0.3 mm.

Le RFQ a une longueur de 725 mm et il est porté sur une bride en inox (figure III.4 à gauche). À l’origine, les distances orifice d’injection-RFQ et orifice d’extraction-RFQ étaient de 1 mm. Lors des premiers tests expérimentaux nous avons constaté des claquages pour des tensions RF dépassant 6 kV. Ces claquages se produisaient dans les zones intermédiaires entre la zone RFQ et celles de la cellule d’injection ou d’extraction. L’augmentation de la distance séparant les différentes cellules a permis d’éviter les claquages dans ces zones intermédiaires.

Fig.III. 4: La chambrent du RFQ: le RFQ attaché à une bride (à droite), le RFQ positionné au sein de la chambre (à gauche).

Les segments du RFQ sont maintenus sur des poutres mises à la haute tension. Les cornes RF servent à appliquer la tension RF sur les poutres (Figure III.5). La connexion du champ DC de guidage est réalisée en appliquant des tensions DC différentes sur cinq électrodes.

Le choix de l’isolateur dépend de la résistance de cet isolant à la tension de claquage. En premier lieu nous nous sommes servis d’isolants en céramique. Ce type d’isolant n’as pas tenu les tensions RF élevées et au-delà de 8 kV des claquages ont été observés (figure III.6). Pour éviter ce phénomène nous avons testé le Peek (Poly Ether Ether Kepone) et le Téflon. Seul le Peek a résisté aux tensions allant jusqu’à 10 kV. C’est pour cette raison que seront utilisés des isolants en Peek.

Fig.III. 6: Brulement et claquage des isolants en Céramique pour des tensions dépassant 8 kV.

II. Système RF

Le but de système RF est de faire alimenter le RFQ par des tensions RF élevée, quelques kV, à des fréquences de quelques MHz. Les paramètres RF sont essentiels pour avoir des ions de trajectoires stables le long du RFQ et par la suite avoir transmettre le maximum d’ions à travers le RFQ. Dans la suite de cette section nous allons développer un nouveau système RF apte à refroidir des faisceaux d’ions intenses.

1. Système RF et séparateur de masse

Rappelons-nous à ce stade que le RFQ peut être considéré comme un séparateur de masse de faible pouvoir de résolution [Edm03][Yost78]. Il permet de séparer certaines isotopes en se basant sur le rapport charge masse (m/Z). Ainsi, il peut être considéré comme un purificateur préliminaire de certaines isobares du faisceau. Ce rôle se dévoile de la dépendance de masse à la fréquence dans l’équation de paramètre de Mathieu q (équation 2.26). Ainsi, pour q de Mathieu données nous avons :

8  ±_{'.) _Z ±9,/±}^-! _'  _{_}^,

'^o

Où _' le rayon interne du RFQ.

L’élargissement fréquentiel 6 de la tension RF est défini par (Figure.III.7): -_ Š ⁰÷1Z23ù

½o

Ainsi, pour une fréquence de la limite de la bande passante 6 la tension RF n’est que de 70

% de la tension RF maximale. Donc, le paramètre de Mathieu peut être en dehors de la zone

de stabilité pour certaines masses m. Ceci peut conduire à une gamme en masse 68Z centrée

en m, qui définit l’ensemble d’ions transmis par le RFQ pour des fréquences appartenant à la bande passante. La liaison entre ces différentes grandeurs se stipule de l’équation suivante :

68

8_' ^)6_' Avec :

 8_' : la masse d’ions correspondant au couple la tension RF maximale et la fréquence de résonnance.

Fig.III. 7: Variations de la tension RF et de facteur de qualité Q en fonction de la fréquence et des masses transmises par le RFQ correspondant aux fréquences.

Par conséquent, pour éliminer le maximum d’isotope d’ions, réduire la quantité68, il

faut avoir des tensions RF de faible élargissement fréquentiel6.

Le système RF consiste en un circuit RLC résonnant qui peut délivrer deux tensions radiofréquences (RF) de mêmes amplitudes et en oppositions de phases [Kim97]. En effet, le

terme 6 s’aperçoit dans la sélectivité d’un circuit et par conséquence dans la grandeur

facteur de qualité Q. Dans la suite de ce chapitre nous allons nous intéresser à la réalisation de circuit RLC et à l’examen de sa sélectivité.

Les prévisions théoriques nous ont montré que les tensions RF de confinement doivent pouvoir atteindre des valeurs approchant les 10 kV pic à pic dans une gamme de fréquences allant de 2 à 10 MHz [Moo98].