Figure 2: Photo de l’émittancemètre/ scanner de l’espace de phase TRIUMF monté sur une boîte à vide.

 

Émittancemètre

D-Pace, Inc. a octroyé une licence de TRIUMF pour la technologie d’émittancemètre /scanner de l’espace de phase de type Allison. L’émittancemètre révèle davantage que simplement l’émittance. Il peut donner toutes les caractéristiques de l’espace de phase d’un faisceau de particules chargées, telle que la distribution de l’espace de phase dans (l’intensité x, x1) de (l’intensité y, y1). Bref, il fournit une caractérisation détaillée de vos faisceaux à particules chargées de faible énergie. Les figures 2 et 3 montrent un exemple d’un émittancemètre/scanner de l’espace de phase TRIUMF. Pour une description plus détaillée de l’émittancemètre, consultez ce document en format pdf.


Figure 3: Photo montrant la fente d’entrée dans la tête du scanner.

Caractéristiques

La technologie de l’émittancemètre de type Allison de TRIUMF exploité sous licence par D-Pace fournit les données suivantes :

  • L’ampleur de l’émittance dans les plans de phase xx’ ou yy’ en fonction du pourcentage du faisceau contenu dans l’ellipse qui correspond à l’émittance.
  • La distribution de l’intensité du faisceau dans le plan de phase xx’. Ou, en tournant l’appareil 90 degrés (ou en utilisant un second scanner), la distribution de l’intensité du faisceau dans le plan de phase yy’.
  • Une représentation en 3D pouvant être visualisée sous forme d’un diagramme tridimensionnel ou d’un tracé de contours. Evidemment, l’intensité du faisceau en fonction de x ou x’ (ou de y ou y’) peut aussi être représentée par un diagramme bidimensionnel.
  • Le logiciel du scanner peut aussi déterminer les ellipses de l’espace de phase représentant le faisceau d’ions dans le plan de phase xx’ ou yy’ qui contiennent n’importe pourcentage désiré de l’intensité du faisceau totale.
  • Une 4 rms émittance peut être calculée. Les coordonnées matricielles sigma du faisceau correspondantes peuvent être calculées pour n’importe quelle ellipse.

Usages

Ces données sont d’une grande importance. Pour modéliser avec précision ce qui arrivera à un faisceau de particules chargées transporté dans un système optique d’ions (une ligne de faisceau), il est essentiel de connaître la représentation de l’espace de phase du faisceau à l’entrée du système. La représentation du faisceau doit être connue soit comme une ellipse de phase avec une émittance associée pour un pourcentage du faisceau précisé qui est contenu dans l’ellipse (qui a été calculée d’après les caractéristiques mesurées du faisceau), soit comme la distribution actuelle.

Caractéristiques de rendement technique:

Spécifications de ligne de base de l’émittancemètre/ scanner de l’espace DE phase TRIUMF:

  1. U = 300,000 Volts (c.-à-d. 300 keV, H– ce qui correspond à 300 000 eV par unité de charge)
  2. x’max = ±0.035 Radians = ±35 milli-Radians*
  3. Vmax = 500 Volts
  4. Longueur de la fente = 50 mm
  5. Séparation de la fente = 0,025 mm
  6. Course de la tête du scanner = 100 mm
  7. Balayage de position représentatif = 50 pas mécaniques
  8. Balayage de trajectoire représentatif = 100 pas de tension
  9. Durée de balayage représentative = 2 minutes
  10. Puissance du faisceau maximale = 300 Watts
  11. Position de la bride de fixation jusqu’au centre du faisceau = réglable
  12. Boîte à vide = en option – peut être conçue sur commande en longueur/largeur/hauteur et brides
  13. La distribution de l’intensité du faisceau dans un plan de phase est mesurée par le scanner, c.-à-d. (courant, x, x’). Si l’appareil est tourné 90 degrés dans la boîte à vide, le plan de phase (courant, y,y’) peut aussi être mesuré. Il est aussi possible d’acheter deux scanners pour obtenir les distributions de l’intensité du faisceau (courant, x,x’) et (courant, y,y’).
  14. Le scanner comprend : une demi-baie électronique avec contrôleurs, des alimentations électriques, une entrée/sortie et un ordinateur ; les câbles et connecteurs nécessaires ; un terminal, un clavier et une souris ; un logiciel pour faire fonctionner le scanner, faire les calculs et afficher les données.

*Dans le cas où le client mesure des faisceaux d’ions avec une énergie par unité de charge au dessus de U= 300 000 Volts, un x’max plus petit sera disponible. Réciproquement, si le client mesure des faisceaux d’ions avec une énergie par unité de charge en dessous de U= 300 000 Volts, un x’max plus grand sera disponible.

RESOLUTION: Généralement, un balayage préliminaire rapide est fait pour déterminer la région d’intérêt du faisceau. Dans le cas d’un faisceau H¯ de 300 keV typique à TRIUMF, par exemple, le faisceau a une étendue d’environ 12 mm par 30 milli-radians. Le logiciel du scanner permet à l’utilisateur de définir une région d’intérêt qui entoure tout juste le faisceau en l’espace de phase. Par exemple, pour un faisceau centré, les limites du balayage pourraient être réglées de – 6 mm à 6 mm et de -15 milli-radians à 15 milli-radians avec 50 pas mécaniques pour le balayage de position et 100 pas de tension pour le balayage d’angle de trajectoire. Il en résulterait une résolution de :

Résolution positionnelle : 12 mm/50 = 0,24 mm
Résolution anguleuse : 30 milli-radians/100 = 0,30 milli-radians

Caractéristiques techniques de l’interface :

Physiques

  • Bride Conflat 8 po pour monter sur la boîte à vide
  • Tuyauterie 1/8 po ou 3 mm pour l’alimentation en eau (-0,4 L/min)
  • Entrée d’alimentation c.a. : en Amérique du Nord – 120 V c.a., 60 Hz et en Europe – 240 V c.a., 50 Hz

La Figure 4 montre un affichage typique des données. Le logiciel TRIUMF exécute les opérations suivantes :

  1. Fonctionnement de la tête du scanner:
    1. Installer la tête du scanner contre les blocs à la position de référence.
    2. L’utilisateur peut préciser la position des places de départ et de fin du balayage.
    3. L’utilisateur peut préciser le nombre de pas mécaniques à prendre dans le champ positionnel.
    4. L’utilisateur peut préciser l’angle des places de départ et de fin du balayage.
    5. L’utilisateur peut préciser le nombre de pas de tension à prendre dans le champ anguleux.
  2. Analyse des données et affichage:
    1. Le centrage anguleux et positionnel du faisceau peut être déterminé.
    2. La distribution de l’intensité du faisceau en fonction de la position peut être tracée (2D).
    3. La distribution de l’intensité du faisceau en fonction de l’angle peut être tracée (2D).
    4. La distribution de l’intensité du faisceau en fonction de la position et de l’angle peut être tracée soit en diagramme tridimensionnel ou en tracé de contours.
    5. L’émittance et les paramètres d’ellipse peuvent être calculés à partir du pourcentage de l’intensité du faisceau entouré que l’utilisateur a défini.
    6. L’émittance en fonction de la fraction du faisceau peut être tracée (2D)
  3. Interface:
    1. Du code MatLab permettant un traitement interactif à l’utilisateur avec le diagramme de l’espace de phase.
    2. Plusieurs fenêtres de diagrammes.
    3. Des diagrammes tridimensionnels orientables.
    4. Le choix de fichiers de données à partir d’un sélecteur de fichiers interactif.
    5. Plusieurs formats possibles pour les diagrammes de sortie permettant une publication facile.
  4. D’autres caractéristiques du logiciel :
    1. Le signal de fond peut être estimé et soustrait.
    2. La région dans laquelle se trouve le signal primaire du faisceau peut être précisée par l’utilisateur permettant ainsi l’exclusion de cette région dans l’estimation du signal de fond.
    3. L’utilisateur peut identifier l’ondulation (un signal parasite fréquent), la faire cadrée et la soustraire.
    4. Les régions de l’espace de phase qui contiennent des pics parasites, ou des pics appartenant à des formes d’ions indésirables, peuvent être sélectionnées par l’utilisateur et effacées.

 

       
Figure 4: Visualisation graphique de quelques interfaces possibles avec le logiciel du scanner TRIUMF.