Dans le cadre de Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source (ELI-NP-GS) 1...

Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

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Projet de machine Compton à rayons gamma (Circulateur)

Dans le cadre de

Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source

(ELI-NP-GS)

14/10/2013

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En Roumanie, à Magurele :

physique nucléaire basée sur les lasers

à partir d’une source gamma intense, et de

lasers haute puissance.

En Hongrie, à Szeged :

dynamique extrêmement rapide des électrons à l’échelle des

attosecondes + recherches sur les lasers ultra-intenses.

En République Tchèque, à Prague :

faisceaux énergétiques ultra-courts

à partir d’accélérateurs laser-plasma compacts.

Les 3 « piliers » d’ELI

14/10/2013Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

ELI-Beamlines

ELI-Attosecond

ELI-NP


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Source Gammas

2 Lasers 10PW

ELI-NP

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Principe de production des γDiffusion Compton Collimation

Sélection en énergie

θ (mrad)

Eγ (k

eV)

Ee = 50 MeV

Laser gamma : Eγ = f(θ)

(scattered electron)

qElectron

Ee

ϕ

EL

λ = 1 μm λ = 0.5 μm

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Applications des rayons quasi-monochromatiques X/γ

Applications basses energies:• Médicale : radiographie & radiothérapie• Muséologie• Sciences des matériaux• Cristallographie

Applications de la fluorescence nucléaire• Physique nucléaire• Sureté nucléaire• Gestion des déchets nucléaires

Ee > 1GeV

γ > 100 MeV

Ee~20-100MeV

X ray ~10-100keV

Ee ~100-500MeV

γ > 1MeV

Eγ,

max

(MeV

)

Ee (MeV)

Applications hautes énergies• Polarimètre ComptonLEP mesure d’énergie• Laser wire• Collisionneur gg• Source de positrons polarisés

ELI-NP

ThomX

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Spécifications de la source γ pour ELI-NP

Energies γ (Eγ) : 0.2 – 19.5 MeVLargeur spectrale (ΔE/E) : 0.5%Densité spectrale (flux) : 5000 γ/(s.eV)Polarisation linéaire : 95%

Þ LINAC multi-bunch à 100Hz +

circulateur optique

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Design général de la source γ

2 points d’interactions : 1 lasers 200mJ Yb@515nm (3.5ps) par point

d’interactionLINAC hybride bandes S et C (~100 – 720 MeV)

Ee ≈ 280 MeV

Ee ≈ 600 MeV

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814/10/2013


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Système optique : circulateur

Principe du circulateur Paramètres « libres » pour optimiser le flux de γ

2 miroirs paraboliques Pas d’aberrations

Paires de miroirs à faces parallèles (MPS) à chaque passage Synchronisation

indépendante passage par passage

Changement de plan d’interaction à chaque passage

Þ Angle d’incidence constant (pour une faible largeur spectrale)

Angle d’incidence Puissance laser Waist (ω0) au point d’interaction Nombre de passages

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DesignDesign du circulateur Parallélisme des paires de

miroirs à face parallèles ω0 ↑ => flux ↓

flux ↓ ϕ ↑ =>

Nb passages ↑ => flux ↑

Þ Optimisation

=> 32 passages, φ = 7.54°

Flu

x γ/

(s.e

V)

Flux

Flu

x re

lati

f

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Simulations effectuées sous Matlab et Code V


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Alignement

Action sur l’alignement

Tilts de l’injection (M0) Tilts + déplacement d’un miroir

parabolique (M2)=> N° degrés de liberté = 7

Alignement global du système = superposition des 32

passages

Algorithme d’alignemen

t

Dis

tan

ce m

oyen

ne

au

bar

ycen

tre

(µm

)

Flux relatif

Flu

x re

lati

f

Tolérances (μrad, μm)

Pré-alignement à

20 μrad,μm

Système aligné

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SynchronisationAction sur la

synchronisationRotation des paires de

miroirs à faces parallèles (MPS)

Synchronisation des pulses laser avec les paquets d’électrons

Flu

x re

lati

f

Δt (fs)

Δt = 200 fs => 1% de pertes

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Performances

Gain total du circulateur par rapport à un simple passage (toute pertes comprises) ≈ 30

Simulation réaliste de l’algorithme d’alignement Þ maximisation du flux

Flux relatif

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Conclusion

Nouveau système optique développé en collaboration avec les entreprises ALSYOM et AMPLITUDE

Performances requises atteignablesFlux > 5000γ/(s.eV)Polarisation linéaire > 99%Largeur spectrale < 0.5%

dépôt du dossier début OctobreÞ Attente de la réponse

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Merci pour votre attention

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Système de synchronisation et d’alignement

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Polarisation

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