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L’équipe possède une source d’ions qui est installée dans les locaux contigus à l’accélérateur SAFIR (Système d’Analyse par Faisceaux d’Ions Rapides) de l’INSP sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université à Paris.
Il s’agit d’une source de type SUPERNANOGAN commercialisée par la société PANTECHNIK permettant de produire des ions fortement multichargés (comme du néon ou de l’argon héliumoïde voire nu) ayant une énergie de plusieurs qkeV. Une ligne complète de transport des ions est également implémentée auprès de la source (solénoïde de focalisation, aimant d’analyse, déflecteurs électrostatiques et magnétostatiques) ce qui permet de conduire le faisceau d’ions jusque dans la zone d’interaction.
La source d’ions est à résonance électronique cyclotronique (ECRIS) de type SuperNanogan développée par la société Pantechnik. Installée dans les locaux de l’accélérateur de Sorbonne Université (campus P. et M. Curie), cette source d’ions multichargés est montée sur une plateforme de 30kV installée dans une cage de Faraday.
Légende : Cage de Faraday protégeant de la haute tension le corps de la source ECR. © INSP – Cécile Duflot
Des aimants permanents (en bleu sur la photo), présents tout autour de la chambre plasma suivant une disposition hexapolaire, permettent un confinement axial et radial du plasma suivant le principe de la bouteille magnétique.
Légende : Chambre plasma de la source ECR. © INSP – Cécile Duflot
L’entrée des micro-ondes, générées par un klystron fonctionnant à 14 GHz (type GXP 20 KP) et conduites par un guide d’onde rectangulaire, se situe au niveau du cube d’injection en cuivre. En particulier, nous avons pu fonctionner à des puissances de 900W, supérieures aux spécifications du constructeur, permettant ainsi une amélioration des performances. Les micro-ondes, tout comme le gaz porteur, sont guidées au niveau de l’électrode de polarisation (mise à une haute tension) jusqu’à la chambre plasma.
L’électrode d’extraction, située en sortie de la source et mise à la masse, arrache de la chambre plasma les ions et leur communique une énergie de l’ordre de la dizaine de qkeV.
Légende : Deuxième électrode d’extraction à la sortie de la chambre plasma. © INSP – Cécile Duflot
Après la sortie du corps de la source proprement dite, un quadrupôle de masse (QMS de chez Pfeiffer) analyse précisément les pressions partielles du gaz résiduel afin de contrôler, en particulier, la stabilité de fonctionnement de la source.
Légende : QMS Pfeiffer. © INSP – Cécile Duflot
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Légende :Solénoïde pour la focalisation du faisceau extrait de la chambre plasma suivi de fentes horizontales et verticales pour couper le faisceau d’ions si nécessaire. © INSP
Une fois extrait, ce faisceau est focalisé une première fois à l’aide d’un champ magnétique intense induit par un solénoïde dont la régulation en température est assurée par un système de refroidissement d’eau. Un jeu de fentes (horizontales et verticales) conditionne également la forme géométrique du faisceau avant la sélection en état de charge des ions.
Ensuite, un dipôle magnétique opère une sélection en q/m du faisceau incident afin d’obtenir des faisceaux d’ions contenant un état de charge (q) unique d’une seule espèce chimique. Le faisceau en sortie du dipôle magnétique est alors à 90° du faisceau en sortie de la source. Depuis le remontage du dispositif expérimental en 2003, toute une palette de faisceaux d’ions ont été obtenus : néon (q < 10+), argon (q < 17+), krypton (q < 19+) et oxygène (q < 8+).
Légende : Aimant d’analyse en état de charge. © INSP – Cécile Duflot
Enfin, ces ions sont guidés jusqu’à la chambre d’interaction par tout une série d’éléments d’optique ionique (déviateurs électrostatique et magnétique, lentille électrostatique du type Einzel) et le faisceau d’ions peut également être remis en forme par 2 jeux de fentes horizontale et verticale.
Légende : Eléments d’optiques. © INSP
Au niveau du dipôle magnétique, un balayage en champ magnétique permet d’observer les espèces ioniques produites. Ci-dessous, un exemple est donné dans le cas d’ions argon d’énergie cinétique de 10 qkeV.
Toute la ligne de faisceaux (de l’injection à la chambre d’interaction) est maintenue sous un vide secondaire entre 10-7 au niveau de l’extraction et 10-10 mbar au niveau de la chambre d’interaction, par un ensemble complet de pompe turbo-moléculaire, cryogénique, ionique et primaire. De même, plusieurs capteurs permettent le contrôle du vide tout au long de la ligne du dispositif SIMPA. A l’heure actuelle, deux cages de Faraday (l’une située juste après l’aimant d’analyse et l’autre au niveau de la chambre d’interaction) permettent une mesure précise des courants de faisceaux d’ions produits.
Contacts
- Christophe Prigent : christophe.prigent(at)insp.jussieu.fr
- Stéphane Macé : stephane.mace(at)insp.jussieu.fr
