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Centre National de la Recherche Scientifique Université de Caen ENSICAEN Normandie Université

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Jean-Francois Cam

  • Responsable des développements en électronique de puissance et radio-fréquences
  • Responsable technique du lot RFQ cooler haute intensité du projet SPIRAL2 (GANIL)
  • Responsable des essais de qualification du démonstrateur du RFQ cooler de SPIRAL2 installé au LPC Caen.


Tél : +33 2 31 45 24 34
cam lpccaen.in2p3.fr


Quelques exemples de mes études et réalisations :

Conception et réalisation du système de production du champ magnétique pulsé du piège magnéto-optique MOT :

Le dispositif de commutation de puissance est capable d’établir et d’interrompre très rapidement un courant de 2,2 Ampère dans deux solénoïdes de 1,4 Henry : durée d’établissement=250µs, durée d’interruption=500µs, fréquence de répétition du cycle : 160 Hz




Le démonstrateur du RFQ cooler haute intensité de l’installation SPIRAL2 au GANIL


Le RFQ cooler (quadripôle radiofréquence refroidisseur) est l’un des deux instruments constituant le système de purification en masse qui délivrera les faisceaux d’ions basse énergie dans la salle d’expériences DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs). La fonction du RFQ cooler est de manipuler des ions de différentes masses à des énergies de 5 à 45keV dans le but d’optimiser la qualité optique des faisceaux de particules qu’il reçoit. La particularité de ce RFQ cooler est d’être le premier instrument de ce type capable de traiter des faisceaux dont l’intensité atteint 1 micro-ampère.


Principe de fonctionnement du RFQ cooler :


Le fonctionnement de cet instrument peut être décomposé en trois étapes :


La première est l’injection. Il s’agit dans un premier temps de décélérer les ions de leur énergie initiale jusqu’ à environ 100 eV grâce à un potentiel électrostatique haute tension appliqué sur l’ensemble du dispositif, et ensuite de les injecter dans le quadripôle. Le confinement, le refroidissement et le guidage des ions constituent la seconde étape. Dans la structure quadripolaire les ions sont confinés par un champ quadripolaire produit à l’aide de deux tensions radio-fréquences sinusoïdales en opposition de phase. De l’hélium est injecté dans la chambre du quadripôle, les ions perdent ainsi de l’énergie à chaque collision sur les atomes d’hélium, ce phénomène correspond au refroidissement, cela se caractérise par un amortissement du mouvement des ions. Enfin, la fonction de guidage des ions au travers du dispositif est assurée par la présence d’un champ longitudinal continu.
L’extraction constitue la dernière étape. Elle consiste à ré-accélérer les ions à une énergie proche leur énergie initiale.
Ces trois étapes sont réalisées dans 3 cellules distinctes du RFQ cooler :
 



Le confinement des ions est effectué par un champ électrique quadripolaire obtenu par l’application de deux tensions sinusoïdales sur une structure quadripolaire traversée en son centre par le faisceau de particules. En raison de l’intensité des faisceaux d’ions à traiter et de la présence d’effets de charge d’espace, il est nécessaire de produire un champ électrique de forte valeur (1000 volt par millimètre). Pour obtenir une telle force de confinement il est nécessaire de pouvoir produire deux tensions sinusoïdales d’environ 8 kV crête à crête en opposition de phase. Ce besoin a nécessité le développement d’un système RF de puissance très particulier détaillé ci-après.




Conception et développement du système RF du RFQ cooler du projet SPIRAL2

Le but du système RF est de délivrer deux tensions sinusoïdales d’amplitudes 8 kV dans une gamme de fréquence de 2 à 5 MHz. Ces deux tensions sont appliquées sur une structure quadripolaire dans le but de créer un champ électrique quadripolaire capable de confiner un faisceau d’ions de forte intensité. Le système utilise un circuit résonnant RLC de puissance à fort coefficient de qualité >250. Un processus d’optimisation d’accord automatisé a été implanté sur le dispositif.



Conception et qualification de la plateforme haute-tension du prototype du RFQ cooler de SPIRAL2

Les travaux ont consisté à accroitre la rigidité électrique de la plateforme haute tension afin que la structure optique du RFQ cooler et ses servitudes soient capable d’accepter une polarisation à une tension de 60 kV.
Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le service mécanique et le service instrumentation du laboratoire.


 






 


Analyse électrostatique pour la conception ou le durcissement d’équipements haute tension

Analyse comparative et optimisation du facteur de lentilles électrostatiques par modélisation de champs électriques produits dans des sous-ensembles (Calculs par éléments finis sur le logiciel QuickField).




Analyses expérimentales du comportement de structures mécaniques

Polarisation de structures mécaniques et visualisation de streamer obtenus par effet Corona (Ionisation du milieu) à l’aide d’une caméra CCD.





Présentations :

http://hal.in2p3.fr/LPC-CAEN/in2p3-... - A radio-frequency cooler (RFQ Cooler) for high intensity radioactive beams at DESIR


 


Publications :


http://hal.in2p3.fr/LPC-CAEN/in2p3-... - Experimental study of a high intensity radio-frequency cooler


http://hal.in2p3.fr/LPC-CAEN/in2p3-... - Simulations of high intensity ion beam RFQ cooler for DESIR/SPIRAL 2 : SHIRaC



Posters :

http://hal.in2p3.fr/LPC-CAEN/in2p3-... - Continuous wave formation of highly charged EBIS beams at ISOL facilities


Email:cam lpccaen.in2p3.fr