4.2 Accumulation des positons
4.2.5 Optimisation
L’optimisation de l’efficacité d’accumulation a été ralentie par différents problèmes techniques néces-sitant l’ouverture de la chambre à vide du piège. Les principales interruptions d’expérimentations ont été dues :
– à la perte du faisceau d’électrons, causée par l’évaporation du filament de chauffage.
– au dérèglement du mécanisme du modérateur tungstène (voir partie 3.2.4). La transmission entre la crémaillère et l’engrenage du mécanisme (voir photo 3.17) se grippe après un certain nombre de changement de position du modérateur. Le modérateur ou le trou ne sont plus placés sur l’axe faisceau.
L’avancée des manipulations s’est arrêtée à cause d’une fuite au niveau du soufflet permettant de mettre hors axe le canon à électrons.
La principale optimisation est le centrage de la tache faisceau de positons sur l’axe du plasma d’élec-trons et la réduction de son diamètre. L’ajout de bobines après la ligne de transport ne fut pas suffisant pour centrer le faisceau de positons. Cette correction du guidage magnétique était cependant sommaire. Son amélioration ne put se faire faute de moyen à RIKEN. D’autre part, la mise en place d’une coupe de
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 100 200 300 400 500 600 N o rma lize d t ra p p in g e ff ici e n cy
Deviation of the center of the spot beam from the center of the plasma (µm)
Figure4.21 – Efficacité de piégeage en fonction de la déviation radiale de la tache faisceau par rapport au centre du plasma. Les efficacités données sont normalisées à la valeur obtenue lorsque le faisceau est centré.
Faraday couplée à une MCP à l’entrée du piège était prévue pour visualiser la tache faisceau de positons au niveau du canon à électrons.
Plusieurs voies sont proposées pour améliorer l’efficacité d’accumulation de la technique d’Oshima et al..
La perte de densité du plasma d’électrons au cours du temps entraîne et diminution de sa longueur et une baisse du potentiel généré par sa charge d’espace. Le potentiel total au sein du plasma augmente alors. Ces phénomènes diminuent l’efficacité de piégeage des positons. Une méthode simple est de faire varier le potentiel du modérateur VW au cours du temps d’accumulation. La différence de potentiel VW − Vp reste alors optimale tout au long de l’accumulation. La valeur optimale VW − Vp issue des simulations est de ∼4 V. (voir partie 2.2.1). Selon les simulations, le gain sur l’efficacité d’accumulation est de l’ordre de 2, soit une efficacité de 2%.
Le temps d’accumulation des positons est limité par le temps pendant lequel le plasma d’électrons a une densité de l’ordre de 1017 m−3 pour assurer une modération efficace. Il est possible de garder constante la densité, et donc le potentiel Vp, en utilisant la technique du rotating wall2
(voir partie 2.1.3).
Avec un flux de 108 e+/s à l’entrée du piège3
, il faudrait alors plus de 3 heures pour atteindre la quantité de positons nécéssaire à l’expérience GBAR, en prenant une efficacité d’accumulation de 2%. Ce temps est très grand devant la période de répétition de 100 secondes des pulses d’antiprotons délivrés par ELENA. Une nouvelle technique de piégeage à haute efficacité a donc été développée pour que le temps d’accumulation des positons soit de l’ordre de 100 s.
2. La fréquence de rotation du plasma utilisé est de fr≃ 37 MHz. La technique du rotating wall n’a pu être testée par
manque de générateur de signaux de cette fréquence.
3. ce flux correspond au flux maximal d’un Linac couplé à un modérateur en néon solide. La conception d’un tel système est en cours.
Accumulation de positons avec un
faisceau pulsé dans un piège de
Penning-Malmberg
5.1 Introduction
Notre équipe propose un nouveau dispositif pour accumuler des positons dans un piège Penning-Malmberg. Ce système utilise un faisceau pulsé de positons. Cette source est composée d’un accélérateur linéaire LINAC délivrant un faisceau pulsé d’électrons de haute énergie. Ces électrons sont injectés dans une cible de tungstène produisant des paires électron/positon via le rayonnement Bremsstrahlung. Les positons produits sont refroidis à une energie de l’ordre de l’eV à l’aide d’un modérateur, une feuille de tungstène ou un modérateur cryogénique en néon solide. Les pulses de positons lents sont ensuite injectés dans le piège.
La technique d’accumulation est une amélioration de la technique de piègeage développée par Oshima et al. [72]. Cette technique utilise un faisceau continu de positons lents. Tout d’abord, les positons sont accélérés à une énergie de l’ordre du keV pour passer le miroir magnétique à l’entrée du piège. Les positons sont ensuite modérés par un cristal de tungstène fonctionnant en réflexion pour compresser la dispersion en énergie due au miroir magnétique et obtenir un faisceau mono-énergétique à l’intérieur du piège. Un plasma d’électrons lui aussi à l’intérieur du piège refroidit les positons après leur modération par collisions Coulombiennes. En effet, les positons modérés font un aller-retour dans le plasma d’électrons où ils perdent suffisamment d’énergie pour ne plus interagir avec le tungstène. Cette perte d’énergie dépend des paramètres du plasma d’électrons et de l’énergie cinétique des positons dans ce plasma. La modération par le cristal de tungstène est alors primordial pour ajuster l’énergie cinétique des positons modérés et donc maximiser la perte d’énergie dans le plasma en un aller-retour. Les positons suffisamment ralentis par le plasma d’électrons sont alors capturés dans un second puits de potentiel. La présence d’ions H+ 2
préalablement confinés dans ce puits permet cette capture. L’efficacité de cette technique d’accumulation correspondant au nombre de positons accumulés sur le nombre de positons injectés sur le modérateur tungstène est de 1%.
Le pouvoir d’arrêt d’un plasma d’électrons dépend de sa densité et de l’énergie cinétique des positons dans le plasma. Avec une densité de n = 1017m−3, ce pouvoir d’arrêt est de quelques eV par aller-retour (∼ 60 cm). De plus l’efficacité de modération du cristal de tungstène est de 13%.
La nouvelle technique d’accumulation doit fournir à l’expérience GBAR une quantité de l’ordre de 2.5 × 1010 positons en un temps de l’ordre de la période de délivrance des pulses d’antiprotons fournis pour ELENA, ∼100 s. Cette nouvelle méthode d’accumulation est tout d’abord décrite, puis une analyse systématique de l’efficacité de piégeage en fonction des différents paramètres du piège est présentée.