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SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet1 ELSA Accélérateur délectrons forte charge et faible émittance A. Binet, P. Balleyguier, A.

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1 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet1 ELSA Accélérateur délectrons forte charge et faible émittance A. Binet, P. Balleyguier, A. Bloquet, D. Deslandes,V. Le Flanchec, P. Guimbal, G. Vallart et JL. Flament, A. Godefroy, H. Leboutet, M. Millérioux J. Treuffet, S. Brygoo CEA, Bruyères le Châtel, France

2 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet2 Rappel sur lorigine dELSA ELSA = Etude d'un LaSer Accordable : conception mise en œuvre dun Laser à Electrons Libres Validation des choix technologiques et de la physique source LEL IR accordable entre 9 et 35 µm depuis 1995 : source de faisceaux délectrons et de photons pour létude de la physique des faisceaux et un grand nombre dapplications : conception de nouvelles lignes dans une nouvelle aire ………………expérimentale

3 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet3 ELSA: un photoinjecteur et un accélérateur linéaire de 19 MeV Les composants essentiels sont: Un laser très paramétrable Un photoinjecteur très basse fréquence (144 MHz)..alimenté par une tétrode de 2.5 MW (TH526) Un accélérateur linéaire à basse fréquence (433 MHz) capable..daccélérer des pulses de forte charge (env. 15 nC) Un klystron conçu pour fournir des macroimpulsions de 100 à 150 µs..(TH2118, 6 MW crête, 200 kW moyen) Un demi-tour assurant une compression magnétique (50 ps/%E) …. courant crête env. 300 A

4 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet4 Schéma dELSA Casemate de 5 m x 12 m : installation compacte 1/2 tour = injection dans la cavité LEL et compression magnétique

5 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet5 Le photoinjecteur dELSA

6 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet6 Bâti photocathode et photoinjecteur

7 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet7 Structure temporelle

8 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet8 Schéma du laser pilote dELSA

9 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet9 Pompage longitudinal par diode laser dun cristal Nd:YAG ou Nd:YVO 4 Verrouillage de mode par SESAM (SEmi-conductor Saturable Absorber Mirror) Buts : Stabilité et fiabilité impulsions plus brèves (<10 ps), ajustables par Fabry-Perot intra-cavité Nouvelle tête laser : petit cristal Nd:YAG cristal (4 x 4 x 6 mm 3 ) pompé longitudinalement par une diode laser fibrée, refroidi par conduction (pas deau = moins de vibration) Fibre Miroir arrière de la cavité Dispositif imageant la sortie de fibre dans le Nd:YAG Développement dun nouveau laser pour ELSA

10 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet10 Meilleur contrôle de léclairement de la photocathode Meilleure utilisation de la puissance laser Contrôle du profil du faisceau délectrons pour optimiser lémittance entrée: faisceau gaussien a.u. Forme asphérique lexcès dénergie au centre du faisceau est réparti sur les bords Contrôle spatial du profil transverse du laser Sortie: faisceau plat obtenu par mis en forme du front donde

11 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet11 Plan général de linstallation ELSA

12 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet12 Nouvelles lignes pour de nouvelles applications C : Compresseur magnétique 1 : Production dX durs 2 : Ligne bas bruit ou très forte intensité 1 2 C

13 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet13 Vue de côté: Le compresseur est dans un plan vertical 800 mm Dipôles alpha Compresseur magnétique double-alpha But Compression temporelle (R 56 = 3 ns) Translation verticale de laxe du faisceau de 800 mm Conservation dune bonne émittance Dipôle Alpha Gradient de champ constant pour z > 0, B z = Gx, B x =Gz et B y =0 pour z < 0, B = 0 Achromatique, si incidence = 40,71° Trajectoires homothétiques en 1/2

14 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet14 Dipôle Alpha annulation de lintégrale de champ en sortie (entrefer réglable) À 10 et 17 MeV : trajectoires dans un gradient de champ constant (1T/m) Simulation Poisson 2D emplacement de la bobine inférieure Acier doux (XC06), bâton dans la gueule du croco (Acier amagnétique 316L) profil hyperbolique bobine entrefer réglable Shunt dentrée

15 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet15 Sensibilité : 0,5 mA Précision : 100 µm Dynamique : 80 dB Contrôle de la position du faisceau

16 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet16 Extraction de fortes charges Simulation de lextraction de forte charge sur le photoinjecteur dELSA avec MAFIA

17 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet17 Mesures de lémittance Mesures de lémittance transverse par la technique des 3 gradients Mesure du profil sur écran à Rayonnement de Transition Optique Acquisition de limage avec une caméra CCD intensifiée (utilisation de la dynamique) A basse charge, lémittance rms normalisée mesurée (1 µm) est proche de lémittance thermique, estimée entre 0,5 et 1 µm pour un rayon de photocathode de 2 mm Traitements: soustraction du fond, moyennage, correction de leffet de la charge despace

18 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet18 Un photoinjecteur de 3,7 MeV Principe: appliquer un bouclage réactif sur lampli à tétrode Intérêt: - augmenter lénergie du faisceau - augmenter la charge extractible - amélioration de lémittance

19 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet19 Conclusion ELSA est plus quun LEL. ELSA est utilisé pour la caractérisation et la calibration des détecteurs montés sur les grandes installations de la DAM (AIRIX, LIL et laser MEGAJOULE) Les développements autour du photoinjecteur doivent permettre des études, sur la physique des faisceaux, de grande qualité.


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