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Présentation réalisée par Bruno MERCIER
Responsable du groupe Vide au LAL
Décembre 2010
1027
1029
1031
1033
1035
1037
1 10 100 1000
c.m. Energy (GeV)
DANE
VEPP2000
VEPPII
ADONE
DCI
ADONE
SPEAR2
BEPC
BEPCII
PEP-II
KEK-B
SuperB
ILC
CESR
DORIS2
VEPP4 PETRA
PEP
PETRA
LEP
LEP
LEP
Factories
Super-Factories
Storage rings
HER 7 Gev (positrons) LER 4GEV (électrons)
Faible émittance, faible taille du faisceau,
Au point d’impact grand angle d’interaction (Piwinski angle) et interaction au point de focale des 2 faisceaux (crab waist)
Augmentation de la luminosité (nombre d’événement par unité de section efficace et par temps )
Anneaux de collisions SUPERBCirconférence des deux anneaux ~ 1258 m
La désorption par impact ionique Cell HER#2
Le mécanisme: Ionisation du gaz résiduel par le faisceau
Accélérations de ces ions par le champ électrique du faisceau (e+,p)
L’Impact ions surface engendre une désorption moléculaire
Rendement = molécules désorbées Type de matériaux, état de surface, énergie et type de la particule, angle d’incidence, dose de particule
ions incidentes
Déterminer expérimentalement
Le paramètre important
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
ET
A (
mole
cule
s /
ion)
Energy (eV)
H2
CO
CO2
CH4
BakedBaked stainless steel
A.G. Mathewson, CERN ISR-VA/76-5
Ion N2+
Tk
P
e
I ion
Ordre de grandeur du flux ionique
Courant moyen I=1,892 A
ion = 1010 ions/s/m
[1] Section efficace d’ionisation [email protected] Gev = 32.10-24 m2
Pression H2@20°c P= 10-9 mbar
[1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN
Pour SuperB le flux de photon sera environ 1 milliard de fois plus important
Ionisation simple, densité moléculaire et électronique uniforme
Energie moyenne des ions arrivant sur la surface
Pour un faisceau circulaire avec un profil gaussien
Le champ électrique engendré par le faisceau en fonction de la distance r / au centre du faisceau
[2] The ion impact energy on the LHC vacuum chamber walls O.B. Malyshev CERN
Et r( )I
2 0
C1 e
r
0
2
r T
T temps entre 2 paquets durée d’un paquet I courant moyen
0 dimension rms faisceau
I=1.892 A
0 = 7.211 m en x
T =4.292 ns
= 16.67 ps
X 0
Et (V
/m)
Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite)
Principe du programme de simulation
Distribution Gaussienne du faisceau e+
Distribution Gaussienne des ions
Ionisation
Découpage du faisceau e+ en n parties
Générer une gaussienne pour chaque partie (position des ions) ind = nbre d’ions simulés
Appliquer le champ électrique à chaque ion
Déterminer sa nouvelle position, sa vitesse et son énergie pour t = /n
Test si fin du bunch
Test si sa position est supérieur au rayon R de la chambre
nonoui
Espace de glissement pendant T
Déterminer sa nouvelle position
Test si sa position est supérieur au rayon R de la chambrenon
T
n parties
Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite)
Les temps de calcul sont importants (nbre de particules, nbre de paquets et découpage faisceau en n parties)
Les résultats:I = 1.892 A 0 = 7.211 m T =4.292 ns
= 16.67 ps
Nbre de particules simulés ind =1000
Découpage en n=100 parties R=47.5 mm
Ion H2+
Em 7.6 Kev
Ion Ch4+ Em 1.5 Kev
Ion Co+ Em 1.2 Kev
Ion Co2+
Em 1.1 Kev
Prendre en compte la géométrie du faisceau et de la chambre, faire varier les différents paramètres du programmes (nombre de particules, nombre de découpage,..), …..
Position d’ionisation (m)Position d’ionisation (m)
E (ev) E (ev)Ind=1037 particules
N=100 parties
50 bunch
Ion H2+ Ion CO+
Ind=1037 particules
N=100 parties
150 bunch
Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite)
Position d’ionisation (m)
E (ev) Ion CO+ Ind=1037 particules
N=100 parties
150 bunch
Distance en m
Énergie (ev)
Différents parcours des ions pour 3 positions différentes d’ionisation
Le rendement de désorption
Les mesures expérimentales M. P. Lozano « Ion-induced desorption yeld measurements from copper and aluminium » Vacuum 67 (2002)
G. Hulla « low energy ion induced desorption on technical surfaces at room temperature » Thèse Cern (2009)
Ion
Gaz
H2+ Ch4
+ Co+ Co2+
H2 0.3 0.55 0.35 0.45
Ch4 0.02 0.03 0.04 0.05
Co 0.1 0.5 0.9 1.5
Co2 0.01 0.1 0.18 0.3
Sur du cuivre OFHC étuvé et à la température ambiante
Ion H2+
Em 7.6 Kev Ion Ch4+ Em 1.5 Kev
Ion Co+ Em 1.2 Kev Ion Co2
+ Em 1.1 Kev
extrapolation
Les rendements de désorption
Le rendement de désorption (suite)
G. Hulla, PhD Thesis, Vienna Tech. U, 2009
7 keV, Cu Baked, CO+
Pas d’effet de conditionnement pour ces doses d’ions
ion = 2.1014 ions/cm2/anPour superB (HER#2)
Simulation avec le programme VASCO
Simulation de la désorption ionique sur HER#2
A. Rossi Vasco (Vacuum Stability code) multi-gas code to calculate gas density profile in a UHV system. Project-Note-344 Cern (2004)
le modèle de désorption ionique multi-gaz
Simulation de HER#2 avec son dégazage photonique et son pompage distribué
Distance en cm
Pression (mbar)
[1] Section efficace d’ionisation E=6.7 Gev
Co = 190.10-24 m2 Co2 = 298.10-24 m2
Ch4 = 168.10-24 m2
[1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN
Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite)
H2 = 32.10-24 m2
Ion
Gaz
H2+ Ch4
+ Co+ Co2+
H2 0.3 0.55 0.35 0.45
Ch4 0.02 0.03 0.04 0.05
Co 0.1 0.5 0.9 1.5
Co2 0.01 0.1 0.18 0.3
Les rendements de désorption
Courant moyen I=1.892 A
La désorption ionique dans ces conditions reste négligeable
Simulation HER#2 avec pompage distribué, désorption photonique et ionique
Pression (mbar)
Distance en cm
0 1 2 3 4 5 61 10
10
1 109
1 108
1 107
1 106
Courant moyen en A
Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite)
Évolution de la pression en fonction du courant moyen
Simulation HER#2 pour x=2045.5 cm avec pompage distribué, désorption photonique
(constante) et ionique
Simulation HER#2 pour x=1479.5 cm sans pompage distribué dans les aimants,
désorption photonique (constante) et ioniquePression (mbar) Pression (mbar)
0 10 20 30 40 50 60 70 801 10
11
1 1010
1 109
1 108
1 107
Courant moyen en ACourant moyen en A
Divergence pour un courant critique Ic = 72 A Divergence pour Ic = 5.2 A
I=1.892 A Ch4@45%, (H2 et CO2)@ 30% et CO@132%
Calcul analytique du courant critique
S/2 S/2
L=5,68 m
C conductance
LC2
S 2
L tan
Divergence pour
LC
Se
I
2
Tion
avec
Ic = 29 A
C=7 l/sS=60 l/s
ST=0
[email protected] Gev = 32.10-24 m2
I=1,892 A = 1
ST capacité totale du pompage distribué sur L
ST=225 l/s Ic = 225 A
0 1 2 3 41 10
10
1 109
1 108
1 107
1 106
Courant moyen (A)
Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite)
Évolution de la pression en fonction du courant moyen
Simulation HER#2 pour x=766.5 cm sans pompage distribué dans les aimants,
désorption photonique et ionique
(système simple et modèle gaz indépendant)
avec des Rendements plus défavorables
Ion
Gaz
H2+ Ch4
+ Co+ Co2+
H2 0.3 0.55 0.35 0.45
Ch4 0.02 0.03 0.04 0.05
Co 0.1 0.5 0.9 1.5
Co2 0.01 0.1 0.18 0.3
Ic passe de 5,2 A à 3.5 A
Pression (mbar)
En conclusion
La désorption ionique est négligeable pour un pompage (non saturé) distribué à l’intérieur des chambres pour HER#2
La désorption ionique peut avoir une influence par exemple au point d’impact ou la chambre est longue et de faible diamètre et ou il est difficile de mettre un pompage distribué ???
Dans des cas critiques, nécessité d’améliorer la simulation
Prendre en compte la géométrie du faisceau et de la chambre,…
Déterminer plus précisément l’énergie d’impact des ions
Peu de données sur les rendements de désorption ionique de matériaux. ( variation importante des rendements en fonction des sources)