14
17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL 1 Développement d'un spectromètre de masse dédié à l'analyse des enveloppes neutres planétaires NIMEIS Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

  • Upload
    kuper

  • View
    22

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Développement d'un spectromètre de masse dédié à l'analyse des enveloppes neutres planétaires NIMEIS. Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier. Quelles signatures autour de Mars ?. L’échappement atmosphérique :  Mesurer le flux s’échappant de Mars - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

1

Développement d'un spectromètre de masse dédié à l'analyse des enveloppes neutres planétairesNIMEIS

Joël Becker

Sous la direction de :François LeblancetJean-Jacques Berthelier

Page 2: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

2

L’échappement atmosphérique :

Mesurer le flux s’échappant de Mars

Échappement sous forme ionisé: mesuré par ASPERA-3/Mars Express

Particules s’échappant accélérées par le vent solaire

Échappement neutre: pas de mesure directe, uniquement par la mesure du profil de densité

Idéalement mesurer l’énergie des particules neutres loin de la planète

Quelles signatures autour de Mars ?

Page 3: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

3

Quelles densités et énergies doit on mesurer?

Processus thermiques et suprathermiques Esuprathermique ≥ 2xEthermique

Mesure de suprathermiques Différencier les processus Distinguer suprathermiques/thermiques

Exosphère Au-dessus de l’exobase,

>200km sur Mars Densité <108 part.cm-3

Page 4: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

4

L’exosphère de Mars

→ Caractériser et comprendre l’échappement Recombinaison dissociative Criblage

→ Mesure de faibles densités et énergies

Cipriani et al. (2007)

Exemple de densités exosphériques autour de Mars (composante

suprathermique)Yagi et al. (2012)

10 O/cm3

100 O/cm3

104 O/cm3

Soleil

Nord

Simulation du nombre de coups pour NIMEIS

_

_

_

_

RD de

Page 5: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

5

NIMEIS : Performances

Spectromètre de masse et énergie pour les neutres Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV

Haute sensibilité source ionisation CNT 10 neutres particules/cm3

Un mode haute résolution en masse : M/ΔM ~150

Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : M/ΔM ~30 E/ΔE ~10

Pour une gamme d’énergie donnée : Mesures continues

Champs de vue : 10°x10°

Page 6: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

617 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

6

NIMEIS : Performances

Spectromètre de masse et énergie pour les neutres Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV

Haute sensibilité source ionisation CNT 10 neutres particules/cm3

Un mode haute résolution en masse : M/ΔM ~150

Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : M/ΔM ~30 E/ΔE ~10

Pour une gamme d’énergie donnée : Mesures continues

Champs de vue : 10°x10°

Page 7: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

7

NIMEIS : Optique

Z

X

Y

25 cm

17 cm

Déflecteur

Lentille de focalisation dans le plan YZ facilitant la séparation des masses

Séparation des énergies selon l'axe Y. Chaque faisceau correspond à une énergie. 5-15eV step 2eV

Optique de focalisation et accélération.

Source d’ionisation

Lentille de focalisation dans le plan XY facilitant la focalisation sur le détecteur

Poids : ~2kg

Page 8: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

8

NIMEIS : Optique

Potentiel du déflecteur est relié à la masse des particules Variation du potentiel

en dent de scie Double déflexion pour

éviter les temps morts

5 mmZ

Y

40 mm

3 mm

Z

XY

Départ du chronomètre.

Arrêt du chronomètre. Identification de l'énergie selon l'axe Y, détermination de la masse selon l'axe Z

Résolution :Énergie 0.5eV sur 10eVMasse ~30

Page 9: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

9

NIMEIS : Prototype

Fabrication du prototype Source ionisation

Héritage PALOMA Détecteur

Galettes à micro canaux (MCP) Positionnement

Page 10: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

10

NIMEIS : Source d’ionisation

Utilisation de nano tubes de carbone pour extraire des électrons Consommation très réduite

Collaboration avec Ajou Université(Corée du Sud)

Objectifs : Obtenir un courant de 100µA/cm² Potentiel d’extraction de l’ordre de

150V Énergie des électrons ~100eV

Énergie moyenne pour un maximum d’ionisation

Troisième prototype Grille G0 avec 100 trous de diamètre

500µm. Tests réalisés à Ajou Université

CNTG0

Anode

G1

Collecteur

Page 11: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

11

NIMEIS : Source d’ionisation Analyse des résultats Définition nouveau modèle

Optimisation en court Possibilité, mesure énergie

des électrons Conception et tests d’une

source pour NIMEIS

CNT potential (V)

Vue de la grille G0

Courant collecteur

Courant extraction CNT

Courant anode

Page 12: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

12

NIMEIS : Travail futur

Tests et calibration du prototype de NIMEIS

Finalisation des tests du montage d’extraction d’électrons

Conception mécanique de la source d’ionisation

Couplage du prototype et la source d’ionisation

Page 13: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

13

Processus suprathermiques Criblage

Interaction vent solaire/ions de l’atmosphère proche de l’exobase

Cascade de collisions Formation O, CO2 et produits N2 et Ar

Recombinaison dissociative Ionisation d’une molécule neutre de

l’atmosphère due à l’interaction d’un photon solaire avec celui-ci

Recombinaison dissociative, réactions plus importantes:

Cipriani et al. (2007)

Page 14: Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

14

NIMEIS : Objectifs instrumentaux

Caractérisation des particules de l’atmosphère/exosphère Approche : spectromètre de masse avec haute sensibilité Objectif : composition de l’atmosphère

Caractérisation des mécanismes d’éjection Approche : mesure de la masse et de l’énergie des particules Objectif : relations atmosphère/exosphère

Caractérisation de la distribution spatiale de l’exosphère Approche : haute résolution temporelle Objectif : liens entre surface/atmosphère/magnétosphère