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Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue

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. Liste des contributeurs. Motivations. Impulsions courtes de photons : de qq 10 fs à 1 ps Couverture de 10 eV à 1 keV

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Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue

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Presentation Transcript

  1. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Les Accélérateurs pour ARC EN CIELA. Loulergue • Motivations • Configuration simple passage • Phase 1, 1' et 2 • Configuration mixte simple passage et ERL • Phase 3

  2. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Liste des contributeurs

  3. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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

  4. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 1 L = 100 m 1 Système laser 1 Canon RF type haute brillance 3 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 2K 1 Cryo-module harmonique 3 3.9 Ghz 2K 1 Compresseur magnétique 1 Source de lumière : LEL 1 Arrêtoir faisceau Q = 1nC Imoy = 1 à 10 µA Emax = 330 MeV Pbeam = 330 à 3300 W sur arrêtoir Freq = 1 à 10 kHz

  5. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 1 : Laser • qq µJ UV à 262 nm • avec 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

  6. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 1 : injecteur Canon haute brillance 1 kHz 10 kHz ??? εtot = 1.1 10-6 m.rad εslice = 1. 10-6 m.rad 1 nC 22 ps 50 A crête 40 MV/m sur cathode

  7. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 1: Harm 3 V1=13,5MV/m Phase=35 deg Avec : V3=15MV/m Phase=-223 deg Profil laser = trapèze RF linéariseur : Permet une compression magnétique performante Compression 90 MeV

  8. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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 ?

  9. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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

  10. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 2 L = 250 m Phase 1 + : 7 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 1 Compresseur magnétique 1 Source de lumière : LEL 1 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

  11. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 2 : Compresseurs Sortie Comp 1 : 300 A crête 320 µm rms R56 = 0,1 m/% à 100 MeV Sortie Comp 2 : 2000 A crête 50 µm rms R56 = 0,05 m/% à 500 MeV

  12. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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

  13. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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 X 2 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

  14. Brillances A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL

  15. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Liste Onduleurs U20 SOLEIL Différents types d’onduleurs : Polarisation plane : U18 U20 U26 U35 Polarisation elliptique : HU30 HU80 SOLEIL

  16. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 3 : Canon Injecteur a fort courant moyen 10 MeV Rep = 1 à 100 MHz NC DC GUN (type jlab) SC RF GUN R&D en cours

  17. Phase 3 : Arcs Basés sur les éléments de l'anneau de stockage SOLEIL 2 GeV 1 GeV Autre solution : arcs 1 et 2 GeV dans un tunnel commun Optique type anneau (low alpha) Isochrone ordre 1 et 2 localement Achromate A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL

  18. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 3 : BBU Limite de stabilité BBU vs HOM des cavités de type TESLA Choix optiques : Triplet entre chaque cryomodule Graded gradient le long du linac Courant seuil vs force de focalisation

  19. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 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 ...

  20. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Phase 3 : Combineurs Au niveau de l'injection 10 MeV 1 MHz 100 MeV 1 kHz 1 et 2 GeV 1 MHz Retour boucles 1 et 2 GeV Linac -> Vers boucles 1 et 2 GeV 1 MHz En bout de linac Kicker SOLEIL Linac -> Elements pulsés 1 kHz A étudier => Principe extraction booster ?

  21. A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL Conclusions AEC status : Avant Projet Sommaire finalisé Site Web : Si vous êtes intéressé, inscrivez-vous 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 brillance Dynamique ERL Compton sur AEC ?

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