Design and initial comparative evaluation studies of conventional "surface" and new concept "volume"-type, all permanent magnet electron cyclotron resonance (ECR) ion sources
Institution:
Versailles-St Quentin en YvelinesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
ECR ion sources are clearly the best choice of existing sources for the generation of CW beams of highly charged ions, and therefore, they are at a premium for high-energy accelerator-based applications. The technology of the source has slowly but steadily advanced over the past several years (improvement in plasma confinement; use of very high frequency microwave radiation; improvement in vacuum quality; supplementing their plasma discharges with cold electrons; biased disks; and gas mixing effect). Recently, it has been suggested that their performances can be significantly further enhanced by incresing the physical sizes of their ECR zones in relation to the sizes of their plasma volumes (spatial and frequency domain methods). A 6 GHz, all-permanent magnet ECR ion source with à large resonant plasma volume has been designed, constructed and initially tested at the Oak Ridge National Laboratory. The conventional minimum-B("surface") resonance conditions so that direct comparaisons of the performances of the two source types can be made under identical operating conditions. According to initial test results, the flat-B source performs better than its conventionnal-B conterpart, in terms of charge-state distribution and intensity within a particular charge-state. This is attributable to the very large ECR zones present in the source and their locations with respect to the launch direction of the RF power.
Abstract FR:
Les sources d'ions à "Résonance cyclotronique d'électrons"(RCE)constituent, à l'heure actuelle, le meilleur choix parmi les sources existantes en ce qui concerne la production des faisceaux continus d'ions positifs hautement chargés. Ces sources produisent des rapports charge-sur-masse très élevés (jusqu'à 0,35 pour l'uranium) et des intensités par charge du [microampère] au mA, ce qui fait leur succès auprès des accélérateurs d'ions lourds à haute énergie. Depuis la naissance du concept dans les années 1970, leurs performances ont régulièrement progressé (amélioration du confinement du plasma, utilisation d'ondes électromagnétiques à fréquence élevée, amélioration de la qualité du vide, addition d'électrons "froids", disque polarisé, effet Malter et utilisation d'un gaz plus léger). Récemment, il a été suggéré que les performances des sources RCE pouvaient être notablement améliorées en augmentant le volume de résonance soit en étendant la zone d'induction résonante soit en élargissant la bande HF de l'onde. Une source RCE à aimants permanents fonctionnant à la fréquence 6 GHz, avec la possibilité de créer un large volume de plasma résonant, a été dessinée, construite et testée au Laboratoire National d'Oak Ridge (ORNL), en avant-première. Le champ magnétique est flexible, de sorte qu'il peut être configuré en champ plat("volume") ou en champ conventionnel à B minimum ("surface") afin de pouvoir comparer directement les performances des deux types de sources dans des conditions expérimentales équivalentes. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la source à champ plat surpasse celle en champ conventionnel, en terme de distribution de charge et d'intensité.