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Présentation réalisée par Bruno MERCIER Responsable du groupe Vide au LAL Décembre 2010

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Page 1: Présentation réalisée par Bruno MERCIER Responsable du groupe Vide au LAL Décembre 2010

Présentation réalisée par Bruno MERCIER

Responsable du groupe Vide au LAL

Décembre 2010

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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

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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+

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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)

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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

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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

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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

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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

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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)

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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)

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[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

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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%

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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)

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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)