Etude de la production, de la propagation et de la focalisation d'un faisceau d'électrons impulsionnel intense

Abstract

Le faisceau d’électrons (500 keV, 30 kA, 100 ns) produit par le générateur RKA (Relativistic Klystron Amplifier) est utilisé pour étudier des matériaux soumis à des chocs de basse fluence (< 10 cal/cm²). Leur réponse dépend des caractéristiques du faisceau, principalement en termes d’homogénéité spatiale lors de l’impact. Dans ce but, nous avons utilisé des diagnostics électriques et un diagnostic optique basé sur l’émission Cerenkov. Les photons visibles produits sont détectables par des caméras rapides. Nous avons ainsi pu étudier l’homogénéité du faisceau émis dans la diode sous vide en fonction des matériaux utilisés pour la cathode et pour l’anode, mais aussi pu suivre sa propagation dans une enceinte contenant un gaz à basse pression.Chaque partie de l’installation a été optimisée lors de cette thèse. Nous avons constaté qu’une cathode en velours avec des fibres bien ordonnées était le meilleur émetteur. Une anode d’une dizaine de micromètres d’épaisseur permet de diffuser le faisceau avant qu’il n’impacte la cible, améliorant encore son homogénéité. Ces travaux sur la diode ont été complétés par une étude de la propagation du faisceau dans une enceinte remplie d’air ou d’argon à différentes pressions, avec ou sans focalisation produite par un champ magnétique externe. D’après les résultats expérimentaux, un faisceau d’électrons de 400 keV, 4,2 kA peut être propagé, avec un rayon constant, dans 0,7 mbar d’argon. Enfin, pour interpréter les expériences, des simulations ont été réalisées à l’aide du code Monte Carlo Geant4 pour calculer l’interaction du faisceau avec la cible Cerenkov et l’anode. Au niveau de l’émission et du transport du faisceau, le bon accord obtenu avec les prédictions du code PIC Magic permet d’estimer les distributions des électrons par la simulation et d’initialiser correctement les calculs de réponse des matériaux.