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13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Accélérateurs et R&D pour les Collisionneurs (Linéaires) e+e- 1.Collisionneur Linéaire International ILC 1.Collisionneur.

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1 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Accélérateurs et R&D pour les Collisionneurs (Linéaires) e+e- 1.Collisionneur Linéaire International ILC 1.Collisionneur LInéaire Compact CLIC 1.R&D : Contrats Européens CARE et EUROTeV et la position des laboratoires français

2 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 ILC : projet de collisionneur supraconducteur Après la recommandation de lITRP, acceptée par lICFA, le prochain collisionneur linéaire e+e- sera supraconducteur (f RF basse, longue impulsion, rendement élect.) Les projets TESLA, NLC et JLC sintègrent dans le projet mondial ILC avec le calendrier présumé: –Mi 2006 : Conceptual Design Report (APS) –Fin 2007 : Technical Design Report (APD) –2008 : Décision internationale et choix du site –2009 : Démarrage de la construction –2015 : Fin de la construction, –2016 : Premières collisions !!

3 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 ILC : cahier des charges La conception du collisionneur e+e- doit être revue (la recommandation de lITRP porte sur la technologie et NON sur la conception du projet TESLA) pour les paramètres principaux: Energie : Ecm = 500 GeV avec une montée prévue à 1 TeV Luminosité : Ldt = 500 fb -1 sur 4 ans, soit L cm -2 s -1 Polarisation : P électrons = 80%, au démarrage P positrons ~ 50%, dans une étape ultérieure Précision : meilleure que en énergie Région dinteraction : compatible avec des collisions

4 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Conception générale Ecm = 500 GeV pour Eacc = 28 MV/m Ecm = 1 TeV pour Eacc = 35 MV/m Tunnels + 1 Région dinteraction sans aimant de courbure : compatible avec un collisionneur multi-TeV (grossissement démittance E 6 / ) Exemple du dessin US (G. Dugan, et al)

5 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 e- Damping Ring e+ Main LINAC Electron sources e+ Source Beam dumps DESY site Westerhorn Auxiliary halls ~ 33 km e+ Damping Ring e+ Delivery e- Main LINAC I P Delivery e- e+ Beam line PreLinac Total for Baseline: 3.14 B py 1 IR, 500 GeV cm TESLA Cost Distr. (M) R&D ILC : Baisser les Coûts (référence 2001)

6 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Baisser les Coûts Simplification –Lélectrochimie des cavités évite le recuit par passage au four 1400°C –Superstructures : 1 coupleur pour 2 cavités Industrialisation –Klystrons : concurrence industrielle –Coupleurs de puissance

7 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Klystrons :10 MW × 1.3 ms multi-faisceaux THALESCPITOSHIBA

8 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Cavités Hauts Gradients Cavités TESLA électro-polies : atteignent E acc > 35 MV/m, Q 0 = 5e9 2 W/m à 2K 35 MV/m dans le linac TTF Cryomodule complet (8 cavités) attendu dans TTF2 en 2006

9 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Cavités Très Hauts Gradients Supra-conducteurs Hauts Tc et Hauts Hc : Nb3Sn ou MgB2 en supposant H sh / E acc = 40 Oe/(MV/m) à léquateur Nb3Sn permettrait une montée en énergie s 11.7 TeV à 2 K MgB2 permettrait une montée en énergie s 11.4 TeV à 4,2 K et une montée en luminosité (plus grand cycle utile) à 20 K Défis principaux: procédés de fabrication (dépôts, MgB2 solide ou composite) dissipation due à la résistance résiduelle R res (cf.cavités Nb/Cu) champ E pic sur les iris (Tajima, LANL)

10 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Source de Positrons Polarisés Collaboration E166 : SLAC, DESY, Cornell, Princeton, U. Tennessee Démarrage : Oct.2004 ! 0.171Strength K 2.4 mm140 mmPeriod 2 x x Positrons 9.6 MeV~10 MeVCutoff 50 GeV~200 GeVBeam 1 m200 mLength E166TESLAParameter Onduleur hélicoïdal (Cornell) Ti 0.5 X0 53% polarisation

11 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D ILC : Anneaux damortissement Les anneaux damortissement sont des mille-feuilles qui replient n-fois le train de paquets de 300 km (1 ms) de long pour le stocker dans la circonférence C = 300 km / n Défi Pincipal : les kickers dinjection et dextraction doivent agir sur 1 paquet sur n temps de montée et descente < 337 ns ÷ n ( 20ns) Aimants pulsés rapides : DESY Déflecteurs RF : INFN Aimants : Cornell Dog-bone : n = 17

12 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Structures accélératrices chaudes à haute fréquence 30 GHz

13 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 CLIC : accélération à 30 GHz Avantages attendus des grandes fréquences RF (1987): Puissance moyenne dissipée 1/f RF 3/2 Champ électrique de claquage f RF 1/2, loi de Kilpatrick (total voltage effect ??) Champ de capture de courant de paroi f RF Meilleur résultat à ce jour en terme de faisceau accéléré 30 GHz: E = 60 MV en moyenne sur 1.4 m (5 structures de 28cm) E acc = 59 MV/m dans la meilleure structure obtenu sur CTF2 en 2000

14 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 loi de Kilpatrick Es f RF 1/2 Champ de surface Es 2 Eacc

15 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D CLIC : Structures hauts gradients Facteur limitant : claquage RF qui engendre la fusion et lérosion des surfaces RF, et la dégradation définitive des structures RF Question : comment empêcher lénergie RF de se propager dans la structure ? Réponse du SLAC : structures à onde stationnaires (v g =0) structures 120 MV/m

16 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 CuWMo L=10 cm R&D CLIC : Structures hauts gradients Réponse du CLIC : utilisation de métaux réfractaires W (3400°) et Mo (2600°) à la place du Cu (1800°) sur les iris Test 30 GHz / CTF2 : E acc =193 MV/m, 30ns, Mo Second Test 11.4 GHz / NLCTA (SLAC) : E acc = 65 MV/m,100 ns, Mo

17 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D CLIC : Structures hauts gradients Nouveau dessin de Structure RF : en 4 blocs E surf max < 380 MV/m iris Mo T max < 56 K (H surf max ) corps CuZr Impulsion RF 60 ns (au lieu de 130 ns) Défi majeur : le mode de fabrication : Mise en oeuvre du Mo : fritté, forgé, coulé, quelle pureté ? Mode dassemblage Mo / CuZr Traitement thermique Usinage 3D µm: tour,électroérosion Traitement de surface CuCuZr

18 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D CLIC : Génération de puissance RF 150 A 39 m 78 m 312 m

19 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 R&D CLIC : CTF3

20 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 CTF3/WP4: faisceau diagnostic 200 MeV + instrumentation: position, intensité, énergie, émittance, z Daprès le DAPNIA : WP4 nécessite 40 h a et 2 MCHF Mise en route 2008, 1 éres expériences daccélération en 2009

21 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Programme du 6 ème PCRD Approuvé : 15 M subvention EU Coordination : Roy Aleksan R&D Collisionneurs : SRF : technologie linac supra PHIN : photo-injecteurs ELAN : activité de réseau

22 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 EUROTeV : R&D hors Techno. Linac Programme du 6 ème PCRD Approuvé : 9 M subvention EU Coordination : DESY + CERN Durée : INFN CCLRC IN2P3-LAPP CERN DESY RHUL CCLRC

23 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Programmes Européens du 6 ème PCRD CARE et EUROTeV CARE/PHIN CARE/SRF TESLA Test Facility CLIC Test Facility France : 56 h a 3,5 M (EU: 1,4 M)* Europe: 327 h a (39%UK) 29 M (EU: 11,2 M)* France : 3 h a /an 30 k / an France : h a CARE/ELAN France : 70 pers. Europe : 382 pers. 0,7 M (EU + CH) EuroTeV France : 46 h a 5 M (EU:1.3 M) Europe : 217 h a 9 M (EU : 5 M) France : 36 h a 3,1 M (EU:1,2 M) Europe : 88,5 h a 6 M (EU: 3,5 M) * Données financières à la soumission

24 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Effort français sur CARE/SRF WP1 Coordination : LAL (8 h m) WP5 Electropolissage : DAPNIA (85 h m) WP7 Coupleurs : LAL (258 h m) WP8 Systèmes daccord : DAPNIA (16 h m), INPO (24 h m) WP10 Tests CRYHOLAB : DAPNIA (66 h m), IPNO+LAL (36 h m) WP11 Moniteur de position : DAPNIA(58 h m)

25 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Effort français sur CARE/PHIN WP1 Coordination : LAL (3 h m) WP2 Photo cathode : LAL (32 h m), LOA (60 h m) WP3 LASER : LAL (51 h m) WP4 Canon : LAL (207 h m), LOA (78 h m) Photo-production délectrons par interaction LASER-Plasma LOA

26 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Effort français sur EUROTeV ( ) WP1 Coordination : LAPP (6 h m) WP2 Optique BDS + Quadripôle Nb3Sn : DAPNIA (69 h m) WP5 Polarimétrie : LAL (336 h m) WP6 Interface détecteur-machine : LAL (96 h m) WP7 Alignement et stabilisation : LAPP (169 h m)

27 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Effort français sur TTF2 Electronique pour Sécurité différentielle : 1 ing.+ 1 techn. (DAPNIA) Etudes des modes supérieurs dipolaires HOM : 1 ing.+ 1 thésard (DAPNIA) modules ADC dacquisition module FPGA de comparaison Les modes dipolaires permettent de centrer le faisceau à 50 µm près dans les cavités

28 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Conclusions du Groupe de Travail « Collisionneurs e+e- » Sinsérer dans le concert européen (EU, ELCSG, ECFA) et international. Impliquer les labos français dans laventure scientifique du projet ILC Soutenir la R&D pour un collisionneur multi-TeV (P. Bambade, G. Wormser, Y. Karyotakis, T. Garvey, W. Kozanecki, P. Lutz, O.N.)

29 13 octobre 2004O. Napoly, La Colle sur Loup1 Conclusions personnelles Les deux voies de recherche pour des collisionneurs multi-TeV, basées sur de nouveaux matériaux: ILC : Supra hauts Tc et hauts Hc (Nb3Sn, MgB2) CLIC : Structures 30 GHz (Mo+CuZr) 1) sont spéculatives et peuvent déboucher sur une impasse, 2) demanderont des études sur une dizaine dannées Elles méritent dêtre étudiées en parallèle. Elles sont dans la compétence des labos français.


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