Etudes expérimentales de sources d'ions RCE à 2,45GHz pour la production de courants intenses
Résumé
This thesis is the result of collaboration between the Pantechnik company and the LPSC. It consisted in the development of a new test bench dedicated to the characterization of 2.45 GHz ECR ion sources with the aim of the production of high currents beams for industrial purposes. Two ECR ions sources with different magnetic structures have been tested around the same RF injection system. A new 2.45 GHz ECRIS, named SPEED, featuring a dipolar magnetic field at the extraction has been designed and tested. A study of the beam extraction in the dipolar magnetic field is proposed. First tests have shown a total ionic current density of ~10 mA/cm2 with a 900 W RF power. Tests with hydrogen plasma have shown a maximum of current on the H2+ species. Recommendations are given to modify the magnetic structure to improve the H+ production yield. The MONO1000 ion source has been tested at high RF power with a wave guide type injection system. Intense total ionic current densities have been measured up to ~95 mA/cm2 with a diode extraction system. First results using a new multielectrode system are presented.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration industrielle avec la société Pantechnik. Elle a consisté au développement d'un nouveau banc de test dédié à la caractérisation de sources d'ions RCE fonctionnant à 2,45 GHz en vue de la production de faisceaux intenses pour des applications industrielles. Deux sources RCE avec des structures magnétiques différentes sont testées sur la ligne avec le même système d'injection HF. Une nouvelle source avec aimants permanents, présentant une extraction dipolaire (SPEED) a été conçue et testée. Une étude de l'extraction des faisceaux d'ions dans le champ magnétique dipolaire est proposée. Les premières expériences ont montré une densité de courant ionique total de ~10 mA/cm2 à 20 kV et une puissance HF de 900 W. Les tests en plasma d'hydrogène ont montré que l'espèce dominante est la molécule H2+. Des propositions sont faites pour modifier la structure magnétique de la source d'ions afin améliorer ces performances et produire principalement des ions H+. La source d'ions MONO1000 a été testée à forte puissance HF avec un système de couplage par guide d'onde. De très intenses densités de courant d'ions hydrogène ont été mesurées (~95 mA/cm2) avec une extraction de type diode et une efficacité de transport de l'ordre de 70%. Les premiers tests utilisant un système d'extraction amélioré à cinq électrodes sont présentés.
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