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

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

2. Anneaux de collisions SUPERB Circonférence des deux anneaux ~ 1258 m HER 7 Gev (positrons) LER 4GEV (électrons) Augmentation de la luminosité (nombre d’événement par unité de section efficace et par temps ) 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) Super-Factories Factories Storage rings

3. La désorption par impact ionique Cell HER#2 Ionisation du gaz résiduel par le faisceau Le mécanisme: Accélérations de ces ions par le champ électrique du faisceau (e+,p) L’Impact ions surface engendre une désorption moléculaire Le paramètre important Type de matériaux, état de surface, énergie et type de la particule, angle d’incidence, dose de particule Rendement =molécules désorbées ions incidentes Déterminer expérimentalement Baked stainless steel Ion N2+ A.G. Mathewson, CERN ISR-VA/76-5

4. Ordre de grandeur du flux ionique Ionisation simple, densité moléculaire et électronique uniforme [1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN [1] Section efficace d’ionisation H2@6.7 Gev = 32.10-24 m2 Pression H2@20°c P= 10-9 mbar Courant moyen I=1,892 A ion = 1010 ions/s/m Pour SuperB le flux de photon sera environ 1 milliard de fois plus important Energie moyenne des ions arrivant sur la surface Le champ électrique engendré par le faisceau en fonction de la distance r / au centre du faisceau Pour un faisceau circulaire avec un profil gaussien I=1.892 A 0 = 7.211 m en x Et (V/m) T =4.292 ns  = 16.67 ps T temps entre 2 paquets  durée d’un paquet I courant moyen 0 dimension rms faisceau X 0 [2] The ion impact energy on the LHC vacuum chamber walls O.B. Malyshev CERN

5. Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite) Principe du programme de simulation n parties Distribution Gaussienne du faisceau e+ Distribution Gaussienne des ions Ionisation  T 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 sa position est supérieur au rayon R de la chambre Test si fin du bunch non oui Espace de glissement pendant T Déterminer sa nouvelle position Test si sa position est supérieur au rayon R de la chambre non

6. 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: Nbre de particules simulés ind =1000 I = 1.892 A 0 = 7.211 m T =4.292 ns Découpage en n=100 parties R=47.5 mm  = 16.67 ps Ion H2+ Em 7.6 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,..), ….. Ion Ch4+ Em 1.5 Kev Ion Co+ Em 1.2 Kev Ion Co2+ Em 1.1 Kev E (ev) Ion H2+ Ind=1037 particules E (ev) Ion CO+ Ind=1037 particules N=100 parties N=100 parties 50 bunch 150 bunch Position d’ionisation (m) Position d’ionisation (m)

7. Energie moyenne des ions arrivant sur la surface (suite) Ion CO+ Ind=1037 particules Différents parcours des ions pour 3 positions différentes d’ionisation E (ev) N=100 parties Énergie (ev) 150 bunch Position d’ionisation (m) Distance en m

8. Le rendement de désorption M. P. Lozano « Ion-induced desorption yeld measurements from copper and aluminium » Vacuum 67 (2002) Les mesures expérimentales Sur du cuivre OFHC étuvé et à la température ambiante G. Hulla « low energy ion induced desorption on technical surfaces at room temperature » Thèse Cern (2009) Ion H2+ Em 7.6 Kev Ion Ch4+ Em 1.5 Kev Ion Co+ Em 1.2 Kev Ion Co2+ Em 1.1 Kev Les rendements de désorption extrapolation

9. Le rendement de désorption (suite) Pour superB (HER#2) ion = 2.1014 ions/cm2/an 7 keV, Cu Baked, CO+ G. Hulla, PhD Thesis, Vienna Tech. U, 2009 Pas d’effet de conditionnement pour ces doses d’ions

10. Simulation de la désorption ionique sur HER#2 le modèle de désorption ionique multi-gaz Simulation avec le programme VASCO A. Rossi Vasco (Vacuum Stability code) multi-gas code to calculate gas density profile in a UHV system. Project-Note-344 Cern (2004) Simulation de HER#2 avec son dégazage photonique et son pompage distribué Pression (mbar) Distance en cm

11. Simulation de la désorption ionique sur HER#2 (suite) Courant moyen I=1.892 A [1] Section efficace d’ionisation E=6.7 Gev H2 = 32.10-24 m2 Ch4  = 168.10-24 m2 Simulation HER#2 avec pompage distribué, désorption photonique et ionique Co  = 190.10-24 m2 Co2  = 298.10-24 m2 [1] Neutralisation of accelerator beams by ionisation of the residual gas Y. Baconnier, A. Poncet and P.F. Tavares CERN Pression (mbar) Les rendements de désorption Distance en cm La désorption ionique dans ces conditions reste négligeable

12. 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 ionique Pression (mbar) Pression (mbar) Courant 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%

13. 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 Pression (mbar) avec des Rendements  plus défavorables Ic passe de 5,2 A à 3.5 A Calcul analytique du courant critique H2@6.7 Gev = 32.10-24 m2 (système simple et modèle gaz indépendant)  = 1 I=1,892 A ST capacité totale du pompage distribué sur L Divergence pour avec L=5,68 m ST=0 Ic = 29 A C conductance S=60 l/s S/2 S/2 C=7 l/s ST=225 l/s Ic = 225 A

14. 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 Déterminer plus précisément l’énergie d’impact des ions Prendre en compte la géométrie du faisceau et de la chambre,… Peu de données sur les rendements de désorption ionique de matériaux. ( variation importante des rendements en fonction des sources)