Etude des phénomènes de multipactor en surface de

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Etude des phénomènes de multipactor en surface de matériaux
diélectriques
Responsable : Alain DURAND – Thales Electron Devices
Contexte de la recherche
Le multipactor est un phénomène parasite connu depuis les années 30 dans les dispositifs où l’on
transmet une onde hyperfréquence sous vide. On le rencontre en particulier dans les tubes à vide,
les structures pour accélérateur de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites.
Le mécanisme de base du multipactor est simple : des électrons primaires accélérés par le champ
hyperfréquence bombardent une surface, ce qui entraîne l’émission d’électrons secondaires qui
sont à leur tour accélérés par le champ hyperfréquence et viennent bombarder une surface et
causer l’émission d’autres électrons secondaires. Pour une géométrie donnée et certaines valeurs
de fréquence et d’amplitude du champ, les conditions sont réunies pour une croissance
exponentielle du nombre d’électrons en transit. On se trouve alors dans les conditions de la
décharge multipactor. La croissance du nombre d’électrons en transit est limitée par un
phénomène de saturation, et la décharge peut évoluer au cours du temps. On distingue la
décharge se produisant entre 2 surfaces métalliques (les 2 becs d’une cavité de klystron par
exemple), et celle ne mettant en jeu qu’une seule surface pour la quelle il faut une force de rappel,
électrique ou magnétique (c’est le cas d’une fenêtre en céramique).
Le multipactor est le plus souvent un phénomène gênant : le champ hyperfréquence cède de
l’énergie pour accélérer les électrons et l’énergie ainsi acquise par les électrons est
essentiellement transformée en chaleur lors de l’impact (l’énergie des secondaires émis est
faible). On a donc à la fois une perte de l’énergie transmise ou stockée dans la structure
hyperfréquence et un échauffement de celle ci, qui peut être catastrophique (dans les cavités
supraconductrices par exemple).
Plusieurs théories ont été faites pour modéliser la décharge multipactor (Gill et von Engel, Hatch et
Williams, Vaughan, ….). Ces théories permettent de déterminer les paramètres pour lesquels on
peut observer le phénomène de multipactor, mais pas de prédire les effets non linéaires qui
conduisent à la saturation. Pour modéliser correctement le multipactor, il faut une simulation tout à
fait similaire à celle utilisée pour les échanges d’énergie entre l’onde et le faisceau dans les tubes
hyperfréquences (groupement des électrons en paquet, beam loading). Cette complexité rend
indispensable la comparaison avec l’expérience afin de bien étalonner le modèle .
Objet de la recherche
La thèse proposée porte sur la caractérisation et la modélisation du multipactor simple face pour
un matériau céramique (Al2O3 car c’est le matériau le plus utilisé pour les fenêtres ). La thèse
comporte plusieurs parties :
• étude bibliographique (synthèse des études menées dans le cadre des sources de
puissance et des accélérateurs de particule),
• détermination de la géométrie du véhicule de test,

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• collation des données physiques des matériaux utilisés dans le véhicule de test (à partir
des bases de données ou du logiciel CASINO pour l’émission secondaire, ….),
• réalisation des tests de puissance afin de déterminer les plages de paramètres pour
lesquelles on observe le multipactor, l’évolution du phénomène en régime établi et
l’efficacité de différents dépôts en couche mince pour supprimer l’émission secondaire,
• modélisation du test à partir d’un code 3D et comparaison des résultats de calcul avec les
mesures effectuées.
Contact académique : Joel Arianer
Mél : [email protected]
Adresse : IPN / bât 102C / 91406 ORSAY Cedex