17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 1
Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue
Motivations
Configuration simple passage
Phase 1, 1' et 2
Configuration mixte simple passage et ERL
Phase 3
17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 2
Liste des contributeurs
CEA :Garzella David, Gobert Olivier, Guizard Stéphane, Labat Marie, Méot François Merdji Hamed, Monot Pascal, Mosnier Alban, Poisson Lionel, Renaudin Patrick CELIA (Bordeaux):Bachau Henri, Belsky Andrei CNRS :Boeglin Christine (IPCMS), Beaurepaire Eric, Bigot J ean-Yves, Halté Valérie, Vomir Mircea DESY :Wabnitz Hubetus ENSTA:Zeitoun Philippe ESRF :Wulff Michael FYSISKA INSTITUTIONEN:Svenson Svante LAL :Bruni Christelle LCAM (Orsay) :Dowek Daniele LCPMR :Luning J an, Maquet Alfred, Penent Francis, Rochet François LOA :Rousse Antoine, Zeitoun Philippe Laboratoire de Photophysique Moléculaire (Orsay):Shafizedeh Nadilah Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (Toulouse):Blanchet Valérie LIXAM :Gisselbrecht Mathieu, Huetz Alain, Meyer Michael LULI :Marques J ean Raphaël NEEL INSTITUT (CNRS) :Vogel J an SOLEIL :Benabderrahmane Chamseddine, Chubar Oleg, Couprie Marie-Emmanuelle Croizer Denis, Denard J ean-Claude, Dumas Paul, Filhol J ean-Marc, Herbeaux Christian, Lambert Guillaume, Lebasque Pierre, Lestrade Alain, Loulergue Alexandre, Louvet Marc, Marchand Patrick, Marcouillé Olivier, Mercère Pascal, Miron Catalin, Morin Paul, Idir Mourad, Nadolski S. Laurent, Nagaoka Ryutaro Nahon Laurent, Podgorny Sabine, Ribeiro Fernand, Sacchi Maurizio, Vavasseur Gaëlle UNIVERSITE DE RENNES :Collet Eric, Bratos Savo, O’ Keeffe Patrick, Wuillemier E.J ., Saes-Chergui Machek, Rochat François, Mirloup Fabien, Pillet S.
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Motivations
Impulsions courtes de photons : de qq 10 fs à 1 ps
Couverture de 10 eV à 1 keV
Brillances crêtes élevées : +5 décades ( / SOLEIL)
LEL + HGHG : Laser Seeding, Harmoniques dans les gaz
Nécessitent : Paquets d'électrons courts, Faibles émittances Faible dispersion en énergie
=> LINAC de 4ième génération
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Phase 1
L = 100 m
1 Système laser 1 Canon RF type haute brillance3 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 2K 1 Cryo-module harmonique 3 3.9 Ghz 2K 1 Compresseur magnétique1 Source de lumière : LEL1 Arrêtoir faisceau
Q = 1nC Imoy = 1 à 10 µA
Emax = 330 MeV Pbeam = 330 à 3300 W sur arrêtoir
Freq = 1 à 10 kHz
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Phase 1 : Laser
qq µJ UV à 262 nmavec Qcathode = 1 % (CS2Te)
Laser Shaping : Crucial
Forme trapèze (Accessible) Plateau 10 à 30 ps Chute la plus courte <2 ps
Ellipsoïdal
Trapèze 20 ps chute = 2ps
17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 6
Phase 1 : injecteur
Canon haute brillance1 kHz10 kHz ???
εtot
= 1.1 10-6 m.radε
slice = 1. 10-6 m.rad
1 nC 22 ps 50 A crête40 MV/msur cathode
17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 7
Phase 1: Harm 3
Compression90 MeV
V1=13,5MV/m Phase=35 degAvec : V3=15MV/m Phase=-223 deg
Profil laser = trapèzeRF linéariseur :Permet une compression magnétique performante
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Phase 1 : Compresseur
Optimisation de la compression :Minimiser les effets de LSC et CSR sur Emittances, Dispersion en énergie globale et slice=> Chicane magnétique (dipôles)
Variantes :Velocity bunching ?Combinaison avec Chicane ?
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Phase 1: linac2onduleur
Propose : 800 A crête à 200-330 MeV Plateau 150 µm (500 fs) Emit slice = 10-6 mrad de/e slice = 0.01 %
dE/E corrélé (pente locale) ±0,1 % à 330 MeV ~0 à 200 MeV (Phase RF)
500 fs à comparer au pulse du laser seeding de qq 10 fs=> synchro très rapide
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Phase 2
L = 250 m Phase 1 + :
7 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 1 Compresseur magnétique1 Source de lumière : LEL1 Arrêtoirs faisceau
Q = 1nC Imoy = 1 à 10 µA
Emax = 1 GeV Pbeam = 1 à 10 kW sur arrêtoir
Freq = 1 à 10 kHz
Seeding avec harmoniques dans les gazs :G. Lambert et al. Injection of harmonics generated in gas in a free-electron laser providing intense and coherent extreme-ultraviolet light – Nature physics889, Volume 4 No 4 pp296 – 300
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Phase 2 : Compresseurs
Sortie Comp 1 : 300 A crête 320 µm rmsR56 = 0,1 m/% à 100 MeV
Sortie Comp 2 : 2000 A crête 50 µm rmsR56 = 0,05 m/% à 500 MeV
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Phase 2 : linac2onduleurs
Propose : 2000 A crête à 1 GeV Plateau 60 µm (200 fs) Emit slice = 10-6 mrad de/e slice = 0.01 %
dE/E corrélée (pente locale) ±0,1 % à 1 GeV ~0 très difficile !
200 fs à comparer au pulse du laser seeding de qq 10 fs => synchro très rapide
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Phase 3
Phase 2 +2 Boucles de recirculation à 1 et 2 GeV (=> ERL) 1 Canon haute cadence : 1 MHz et plus 2 LEL et plusieurs insertions VUV et X2 Arrêtoirs faisceau
Q = 1nC Freq = 1 à 10 MHz Imoy = 1 à 10 mA
E = 1 2 et 3 GeV Pbeam = 10 à 100 kW sur arrêtoir (10MeV)
+ Combineurs de faisceau 0,01 0,1 1 et 2 GeV
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Brillances
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Liste Onduleurs
Différents types d’onduleurs :
Polarisation plane : U18 U20 U26 U35
Polarisation elliptique : HU30
U20 SOLEIL
HU80 SOLEIL
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Phase 3 : Canon
Injecteur a fort courant moyen10 MeV Rep = 1 à 100 MHz
NC DC GUN (type jlab)
SC RF GUNR&D en cours
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Phase 3 : Arcs
Basés sur les éléments de l'anneau de stockage SOLEIL
1 GeV
2 GeV
Autre solution :arcs 1 et 2 GeV dans un tunnel commun
Optique type anneau (low alpha) Isochrone ordre 1 et 2 localement Achromate
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Phase 3 : BBU
Limite de stabilité BBU vs HOM des cavités de type TESLA
Graded gradient le long du linac
Courant seuil vs force de focalisation
Choix optiques : Triplet entre chaque cryomodule
17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 19
Phase 3 : ERL + Phase 2
Fonctionnement simultané des 2 modes : ERL au Mhz Linac au kHz
Challenges : Contraintes Optiques Branches faisceau (combineurs - distributeurs) Chicane 2 inclue dans la boucle ? (phase RF + ERL) Dimensions machines versus cadences ? Autres ...
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Phase 3 : Combineurs
Au niveau de l'injection
Retour boucles1 et 2 GeV
10 MeV 1 MHz100 MeV 1 kHz1 et 2 GeV 1 MHz
Linac ->
En bout de linac
Vers boucles1 et 2 GeV 1 MHz
Linac ->
Elements pulsés1 kHzA étudier => Principe extraction booster ?
Kicker SOLEIL
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Conclusions
AEC status :
Avant Projet Sommaire finalisé
Site Web :
Et après :Avant Projet Détaillé
AEC Test Facility Banc de test canon haute brillance Laser + shaping
+ booster 50 MeV + Chicane magnétique
Collaborations possibles
Canon haute brillanceDynamique ERLCompton sur AEC ?
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