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CERN : Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire - LHC : Large Hadron Collider Groupe groupe AB-ABP : - Étude de la dynamique des faisceaux.

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1 CERN : Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire - LHC : Large Hadron Collider Groupe groupe AB-ABP : - Étude de la dynamique des faisceaux. - recherche et développement des accélérateurs. - responsable de la supervision des accélérateurs. CERN : Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire 1MEDINA Hubert5/31/2014

2 Chaîne dinjection du LHC 450 GeV/c – 7 TeV/c 26 GeV/c – 450 GeV/c 1,4 GeV/c – 26 GeV/c 50 MeV/c – 1,4 GeV/c 2MEDINA Hubert5/31/2014

3 MEDINA Hubert3 ZBASE3 : la nouvelle base de données de limpédance des accélérateurs du CERN MEDINA Hubert

4 5/31/2014MEDINA Hubert4 Plan 1)Rappel : Physique de limpédance des accélérateurs 2)Présentation de la nouvelle base de données ZBASE3 3)Résultats obtenus par ZBASE3 4)Résultats obtenus par HEADTAIL 5)Résultats obtenus par MOSES 6)Perspectives

5 Dans un accélérateur, une particule chargée est soumise à la force de Lorentz : - Cavités radiofréquences : accélération - Dipôles : courbure (trajectoire circulaire) - Quadripôles : focalisation autour de la trajectoire circulaire 5MEDINA Hubert5/31/2014 Physique de la dynamique de faisceau dans un accélérateur paroi de la chambre à vide courant induit

6 6MEDINA Hubert5/31/2014 en fonction du temps en fonction de la fréquence Wakefield : Impédance : Champ de sillage ou wakefield paroi de la chambre à vide courant induit Wakefield ou Impédance Reliés par la transformée de Fourier Comme les caractéristiques dun matériau dépendent en général de la fréquence on traite souvent ce problème dans le domaine des fréquences => Impédance

7 7MEDINA Hubert5/31/2014 Laugmentation de limpédance dans les accélérateurs est liée : - aux matériaux peu conducteurs - aux changements brusques de géométrie Dans le LHC et son injecteur le SPS, une grande partie de limpédance provient des : Impédance dans les accélérateurs du CERN - 44 collimateurs du LHC : blocs de graphite utilisés pour la protection des aimants supraconducteurs du LHC - 20 kickers du SPS (en 2006) : des kickers (MKE), aimants permettant lextraction du faisceau de protons entre le SPS et le LHC, ont été récemment installés

8 ZBASE : base de données de limpédance - Créée par Oliver S. Brüning - Ecrite en Tcl/Tk - Appliquée au LEP et débutée pour le LHC 8MEDINA Hubert5/31/2014

9 ZBASE3 : nouvelle base de données de limpédance 9MEDINA Hubert5/31/2014 Les 6 options de ZBASE3 sont : - NewData : créer de nouveaux répertoires, enregistrer ou effacer des fichiers - Impedance : calcul de limpédance (de paroi résistive pour linstant uniquement) - ImpedToWake : conversion de limpédance en wakefield - WakeToImped : conversion du wakefield en impédance - Sum : sommation des impédances ou des wakefields - ViewData : visualisation des tables de valeurs ou des courbes

10 Organigramme de la base de données ZBASE3 Machines : - LHCinj - LHCtop - SPS… Years : 2006, 2007, ……. Groups : - collimator - kicker DataMachine : Datamachine.dat AllTheMachine Items : - c ollimator 1, - collimator 2, …. Input : collimator1.input.dat Output X Impedance : - data - plot Wakefield : - data - plot Impedance : - data - plot Impedance : - data - plot Impedance : - data - plot Wakefield : - data - plot Wakefield : - data - plot Wakefield : - data - plot Z Y Légendes : : répertoires : liens 10MEDINA Hubert5/31/2014

11 Création de nouveaux répertoires dans ZBASE3 11MEDINA Hubert5/31/2014 Pour créer de nouveaux répertoires lutilisateur doit : - cliquer sur Create New Item Dans la fenêtre Modifying the DataBase lutilisateur doit entrer : - le nom de la machine - lannée - le groupe auquel appartient le nouvel élément - le nom lélément

12 5/31/2014MEDINA Hubert12 Machines :LHCtop Years : 2006 Groups: collimator DataMachine AllTheMachine Items : TCDQA.4R2.B1 Input Output X ImpedanceWakefield Impedance Wakefield Z Y Légendes : : répertoires : liens

13 5/31/2014MEDINA Hubert13 Entrer des nouveaux éléments dans ZBASE3 Pour entrer de nouveaux éléments dans ZBASE3 lutilisateur doit : - cliquer sur Change Item Data La fenêtre Changing the Entries of an Item apparaît permettant à lutilisateur de: - entrer le fichier datamachine.dat contenant des caractéristiques de la machine - entrer les fichiers inputs contenant les caractéristiques dun élément - entrer les fichiers outputs (table de valeurs ou plot) - entrer des fichiers de sommation (impédance ou wakefield) - effacer un élément de la base de données

14 Calcul de limpédance par ZBASE3 14MEDINA Hubert5/31/2014 Pour calculer limpédance lutilisateur doit : - sélectionner les données de la machine - sélectionner les données dun élément (collimateurs ou kickers pour linstant) - lancer le calcul de limpédance : - interactive : le calcul se fait en local - batch : le calcul se fait sur un serveur dédié aux simulations

15 Calcul de limpédance par ZBASE3 Les fichiers sélectionnés par lutilisateur sont lus par un fichier Mathematica permettant le calcul de limpédance Les résultats obtenus par ZBASE3 : Une table de valeurs de limpédance Un plot de limpédance 15MEDINA Hubert5/31/2014 Re [Zy] Im [Zy] exemple du kicker MKE Re [Zy] Im [Zy] exemple du collimateur TCDQA.4R6.B1

16 Conversion de limpédance en wakefield par ZBASE3 16MEDINA Hubert5/31/2014 Pour convertir limpédance en wakefield lutilisateur doit : - sélectionner un fichier de table de valeurs de limpédance dun élément - lancer la conversion de limpédance en wakefield: - interactive - batch

17 5/31/2014MEDINA Hubert17 Les résultats obtenus sont : Une table de valeurs du wakefield Un plot du wakefield Conversion de limpédance en wakefield par ZBASE3 exemple du kicker MKE.41631

18 - copier les éléments dans la liste en fonction du plan : - transversal : X, Y - longitudinal : Z Sommation de limpédance ou du wakefield par ZBASE3 18MEDINA Hubert5/31/2014 Pour faire la sommation des impédances ou des wakefields lutilisateur doit : - créer une liste pour copier limpédance ou le wakefield des éléments à sommer- faire apparaître la liste des éléments sélectionnés - lancer le calcul de la sommation en : - interactive - batch

19 5/31/2014MEDINA Hubert19 Sommation de limpédance ou du wakefield par ZBASE3 Les résultats obtenus sont : Im [Zx] Re [Zx] Im [Zy] Re [Zx] - Im [Zy] Impédance totale horizontale des 44 collimateurs du LHC à lénergie de collision en 2006 Impédance totale verticale des 20 kickers du SPS en 2006

20 Visualisation dun élément dans la base de données ZBASE3 Pour visionner un fichier de la base de données, lutilisateur doit : 20MEDINA Hubert5/31/ cliquer sur ViewDatabase pour visualiser les fichiers enregistrés dans la base de données (table de valeurs ou courbe) - cliquer sur ViewOutputfile pour visualiser les fichiers outputs générés par Mathematica non enregistrés dans la base de données

21 Eléments enregistrés dans la base de données ZBASE3 Limpédance transversale (X et Y) a été calculée pour : - les 44 collimateurs du LHC à lénergie dinjection en les 44 collimateurs du LHC à lénergie de collision en la somme de tous les collimateurs à lénergie dinjection et de collision - Problème rencontré dans la conversion de limpédance en wakefield pour les collimateurs du LHC => Forme très piquée de limpédance à basses fréquences - Une solution est en cours dinvestigation 21MEDINA Hubert5/31/2014 Limpédance et le wakefield vertical a été calculé pour : - les 11 kickers du SPS en les 20 kickers du SPS en les 19 kickers du SPS en la somme de tous les kickers en 2001 et 2006

22 Instabilité de paquet unique Tête du paquet Queue du paquet 22MEDINA Hubert5/31/2014

23 MEDINA Hubert23 HEADTAIL : Simulation de linstabilité verticale de paquet unique du SPS à linjection Calcul de limpédance totale des 20 kickers du SPS en 2006 plot du wakefield total table de valeurs du wakefield total Conversion de limpédance totale des 20 kickers du SPS en 2006 en wakefield total Table de valeurs utilisée par HEADTAIL (G. Rumolo a modifié son programme pour pouvoir lire des tables de valeurs)

24 Le seuil dinstabilité (appelée « Tranverse Mode Coupling Instability ») du paquet de particules est : 24MEDINA Hubert5/31/2014 HEADTAIL : Simulation de linstabilité verticale de paquet unique du SPS à linjection

25 25MEDINA Hubert5/31/2014 Wakefield totale des 20 kickers du SPS en 2006 Fit du wakefield avec un résonateur (formule analytique). le seuil dinstabilité obtenu par MOSES est (en très bon accord avec HEADTAIL) : MOSES : Calcul analytique de linstabilité de paquet unique

26 5/31/2014MEDINA Hubert26 Conclusions - Les seuils dinstabilités obtenus par HEADTAIL et MOSES sont en très bon accord : ~ 1, p/b - Des mesures effectuées au SPS dans le passé ont révélées un seuil dinstabilité à ~ 0, p/b => Limpédance des kickers semble contribuer pour ~ 50% de limpédance totale du SPS responsable de cette instabilité => Le fait que limpédance totale des kickers (en 2006) contribue pour ~ 50% de limpédance totale du SPS est en bon accord avec dautres estimations/mesures

27 5/31/2014MEDINA Hubert27 Le futur de ZBASE3 Dans le futur, sera relié a ZBASE3 : - HEADTAIL : programme de simulation dinstabilités de paquet unique - MTRISIM : programme de simulation dinstabilités de paquets couplés - Le calcul de limpédance longitudinale - La conversion de limpédance en wakefield (quelque soit limpédance)

28 5/31/2014MEDINA Hubert28 Remerciements - Elias METRAL - Oliver S. BRUNING - Giovanni RUMOLO - John JOWETT - Benoît SALVANT


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