La course aux hautes fréquences pour les sources d'ions à la résonance cyclotronique électronique (ECR): premier plasma dans la source SEISM (Sixty GHz ECR Ion Source using Megawatt Magnets) utilisant la technologie des aimants à champ intense.
Les sources d’ions ECR sont des dispositifs efficaces permettant de produire, entre autres, des faisceaux d’ions multichargés intenses. De nombreux accélérateurs en construction (ou en projet) gagneraient, en termes de performances, à être alimentés en faisceaux d’ions plus intenses ou plus hautement chargés, par rapport à ceux extraits des sources actuelles.Dans le but de satisfaire cette augmentation d’intensité ou de charge moyenne, il est nécessaire d’augmenter la densité des plasmas ECR produits en augmentant la fréquence des micro-ondes utilisées (la densité du plasma varie comme le carré de la fréquence mirco-onde) et donc le champ magnétique.La fréquence la plus haute utilisée dans le monde pour les sources à minimum-B (superposition d’une bouteille magnétique et d’un champ radial multipolaire) est 28 GHz. Du fait de différents critères à satisfaire (temps de confinement du plasma, stabilité…), les structures magnétiques des sources ECR sont complexes et à la limite de la technologie actuelle des supraconducteurs.
Afin d’augmenter encore la fréquence ECR (objectif 60 GHz), le Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC) et le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) ont développé un ambitieux programme de R&D.
L'expérience sur le site M3 du LNCMI
Cette collaboration, initiée fin 2007 avec le support des projets européens EURISOL puis EUROnu, a permis la conception et la construction du premier prototype de source ECR ayant une surface ECR fermée à 60 GHz. Ce premier prototype a été développé pour ioniser et ‘buncher’ (regrouper les ions en paquets), avec une grande efficacité, les gaz 6He et 18Ne pour le projet Beta Beams dont l’objectif était de produire des faisceaux de neutrinos au CERN. La configuration magnétique de ce prototype est un cusp avec un champ nul au centre et est appelée aimant 'splitté' car elle est constituée de deux aimants indépendants permettant un accès radial dans le plan médian de la structure (ce type d'aimants a été développé en parallèle par le LNCMI pour l'ESRF et l'ILL). Le champ magnétique est généré par 4 polyhélices à refroidissement radial, technologie développée au LNCMI pour les aimants à champ intense (http://ghmfl.grenoble.cnrs.fr/spip.php?article151). Le prototype a pu être construit grâce à un très forte implication des services techniques du LPSC, en particulier du Service d'Etudes et de Réalisation Mécaniques (http://lpsc.in2p3.fr/index.php/support-aux-activites-scientifiques/mecanique/presentation). Suite aux mesures du champ magnétique effectuées fin 2010 et 2011 qui ont permis de valider le prototype au quart de la puissance, un plasma a été produit à la fréquence ECR de 18 GHz. les premières expériences sont en cours pour établir les performances de ce type de source d'ions dont la structure magnétique est unique au monde. Elles ont montré un amorçage du plasma à très basse puissance, la présence d'ions multichargés et la possibilité de produire de fortes intensités ioniques. Ces premières données expérimentales sont encourageantes pour le futur, les prochaines étapes sont:
- l'optimisation et la caractérisation des faisceaux (en cours)
- la mesure du champ magnétique à pleine puissance d'ici fin novembre 2012
les premières expériences à 60 GHz auront lieu à partir de mars 2013, suite à l'installation d'un gyrotron 60 GHz-350 kW, en novembre 2012, par l'Institute of Applied Physics de la Russian Academy of Science et la société GYCOM (Nizhny Novgorod - Russie).
