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DAPNIA
SACM
La compensation de charge d'espace
d’un faisceau de haute intensité
Ahmed BEN ISMAÏL
Problématique de la dynamique d’un faisceau intense
dans une ligne de transport basse énergie (1/2)
DAPNIA
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Haute intensité (~100 mA)
Faible énergie (~95 keV)
β ~ 0.014
(*) Cas élémentaire d’une
particule de charge q placée
à une distance radiale r de
l’axe d’un faisceau continu
transportant un courant I et
d’énergie cinétique ~½ mv2
(*)
Force de Charge d’Espace (CE) défocalisante très importante et à l’origine de plusieurs
comportements non linéaires
A.Ben Ismaïl
SFP Les Journées Accélérateurs
Porquerolles
5-7 octobre 2003
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Problématique de la dynamique d’un faisceau intense
dans une ligne de transport basse énergie (2/2)
Présence de gaz résiduel (H2) dans la ligne de transport
Production d’e- et d’ions H2+ par ionisation du gaz résiduel
p + e- + H2+
p + H2
Neutralité électrique par capture des e- et éjection des H2+
Compensation de Charge d’Espace du faisceau (CCE)
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Modélisation de la dynamique d’un faisceau intense
dans une ligne de transport basse énergie
? Taux de compensation de charge d’espace du faisceau
? Influence des éléments de déviation et de focalisation de la LBE
? Etat(s) d’équilibre du plasma né par ionisation du gaz résiduel
Modélisation numérique de l’effet de la CCE sur la dynamique
d’un faisceau intense :
Dans une section sans champ
2- Dans une ligne de transport
1-
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Etude analytique et numérique :
Cas d’une section sans champ (1/3)
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SACM 1- Modèles numériques mono-particulaire validés analytiquement et exploités
.
pour le développement d’un code particulaire PIC 1D/2D (étude transverse).
2- Vérification de l’influence des conditions initiales d’ionisation sur la
. distribution électronique dans le faisceau :
Etude théorique
trajectoire linéaire
(plan transverse au faisceau):
trajectoire d’allure
elliptique
Résultats numériques:
v0 ≠ 0
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Etude analytique et numérique :
Cas d’une section sans champ (2/3)
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3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace:
Couplage entre la dynamique des particules intervenant dans la CCE (e-, H2+)
et l’évolution temporelle du potentiel électrostatique du faisceau
Résultats numériques :
Comblement du potentiel électrostatique
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Evolution vers une compensation totale
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Etude analytique et numérique :
Cas d’une section sans champ (3/3)
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3- Etude du régime transitoire de compensation de charge d’espace (suite):
Résultats numériques :
Hypothèse : - Particules crées avec vitesse initiale nulle
1- Accumulation d’e- dans le faisceau
2- Elargissement de leurs amplitudes
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1- Flux important fuyant le faisceau
2- H2+ ~ au repos après compensation
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Etude expérimentale et numérique :
Cas d’une ligne de transport (1/2)
L’ensemble Source et Ligne Basse Energie du projet IPHI
Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport :
1- Canal de transport de section transverse variable
Champs électrostatiques longitudinaux
2- Pression variable longitudinalement
Un temps caractéristique de CCE variable
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Etude expérimentale et numérique :
Cas d’une ligne de transport (2/2)
Compensation de charge d’espace dans une ligne de transport (suite) :
3- Champs extérieurs de focalisation et de déviation magnétique
Dynamiques différentes
 dBz 
Fz  q  Br  q   

 2 dz 
e- piégés longitudinalement
dans le solénoïde
Dynamique d’une population d’électrons créés à t=0 avec des énergies initiales nulles,
et transportés pendant 10µs à charge d’espace constante.
Résultats numériques :
Distribution des électrons au voisinage d’un solénoïde
Compensation de charge
d’espace faible dans les
champs de fuite.
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Conclusions
Perspectives d’enrichissement
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 Travaux effectués :
- Etude analytique et numérique du régime transitoire de la CCE :
Evolutions temporelles du plasma né par ionisation et de la charge d’espace
- Etude préliminaire de la CCE dans une ligne de transport
 Travaux en cours :
- Validation expérimentale du modèle numérique 1D/2D
- Etude de la CCE dans le régime permanent
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