Hugues MONARD, Chef de projet CNRS/In2p3/LAL ThomX : démonstrateur d’une source Compton compacte de rayons X (status) Roscoff 2017 Hugues MONARD, Chef de projet CNRS/In2p3/LAL

Interaction Compton THOMX est le démonstrateur d’une source « compacte » de RX basée sur l’interaction Compton inverse Flux ~ 2π √( σe² + σγ² ) σcompt Ne Nγ ƒrep Faisceau e- (MeV, GeV) e- Eph θ EX θph laser Pour maximizer le flux :  forte charge :Ne /pulse + forte énergie laser moyenne :Nph  focalisation des faisceaux Utilisation : Structure moléculaire Radiothérapie Imagerie Expertise œuvre d’art Paléontologie Science matériaux EX ~ 2 γ ² Eph [ 1 - cos(θph) ] 1 + (γθ)2 Ee = 50 MeV g = 100 Eph = 1 eV qph = faible Ex = 45 keV Eph : énergie photon initial Ex : énergie photon diffusé Roscoff 2015

Architecture de ThomX 1. Rappels Accélérateur d’électrons accélérateur linéaire (linac) photoinjecteur + section accélératrice + anneau de stockage Laser d’interaction laser de forte puissance moyenne + cavité résonnante Aire expérimentale pour utilisateurs : 1 seule ligne Ligne de transport des RX Ne ~109 (1nC) Frep 17 MHz ~ 60 ns (18 m) Nph 3

ThomX accélérateur Utilisateurs LINAC bande S (3GHz) Ligne X rayons X Dump Diag2 Diag1 rayons X Diag3 Anneau Laser + Résonateur optique Electron – laser interaction Ligne Transfert Septum Diag4 Kickers injection extraction Ligne extraction taille ~10mx7m 50 MeV électrons Dump upgrade à 70 MeV possible ( RX ~ 90 keV)

Montage projet Finances obtenues en 2010 : programme Equipex de l’ANR : 10+2 M€ Complément avec : In2p3 (0,6 M€) + SESAME (Région) 0.5 M€ + UPS (0.2 M€) CPER pour réhabilitation bâtiment obtenu en 2015 (2,5 M€) 8 Partenaires dans le projet : ~ 100 p , 2017 : ETP : 36 Nom contribution Thales TED (Vélizy) SATT Paris-Saclay Industrialisation Synchrotron SOLEIL (Gif) anneau, aimants+alim, RF anneau, FBT, Institut NEEL (Grenoble) ligne X (design, installation) ESRF (Grenoble) utilisation médicale, aimants LAMS (Paris) Ligne X utilisation (analyse patrimoine) GIN(Grenoble Institut Neuroscience) Ligne X (utilisation médicale) CELIA (Talence) Laser interaction LAL (Orsay) Management, linac, canon RF, intégration, bâtiment, …

Planning

ThomX implantation Site ThomX IGLOO F = 40 m Paris RER Orsay Université Paris-Sud Laboratoire Accélérateur Linéaire Orsay

Bâtiment création IGLEX : 2 Equipex : Andromède (IPN) + ThomX (LAL) CPER : (Contrat Plan Etat Région) infra. 2,5 M€ Début travaux : fev 2016 Fin travaux : mars 2017 Roscoff 2015

Fixation « semelles »

Tests Klystron Toshiba E37310 (aout 2017) Frep = 50 Hz Pout ~ 37 MW f ~ 3 GHz U = 288 kV I = 316 A tHF = 4,5 µs Interface IHM Modulateur+klystron I dans hall D1

Mesures : ALBA, SOLEIL, LAL + ESRF

RX Beam shutter (juillet 2017 DIB+LAL) Chemins de câble (SNEFF+LAL)

Oscillations rapides (Hz) Pr 6s Pt = Po*T Pt = 1,12 W Cavité FP : LAL Record à 390 kW juillet 2017 Pt Cavité non lockée Pr max, Pt nulle Cavité lockée correction dérive thermique Oscillations rapides (Hz) Pr 6s Po = Pa*gain*couplage Gain ~ 15380 Finesse ~ 25000 Cpl ~ 65% Pa ~ 40 W Po ~ 390 kW Pt = Po*T Pt = 1,12 W Po=Pt/T T = 2,85 ppm (à travers miroir) Po = 393 kW Cavité prototype Pt Pr

Intégration : exemple câblage A ce jour 1500 câbles ont été inventoriés Section comprise entre 0,05 mm² (sondes température cavité optique) et 185 mm² alimentations dipôles 6 types de câble coaxial 5 types de câble monobrin 15 types de câble multibrin 1 type de fibre optique Les longueurs ont été définies avec Autocad Au total ~10 kilomètres de câbles En bleu et en orange le positionnement des chemins de câble 16

Objet Fabricant Remarques Status Prix (k€) Aimants+alim Sigmaphi Mesures ALBA, LAL, SOLEIL Livré, attente montage sur poutre 788 Aimants pulsés SigmaPhi 2kickers+1 septum Validation, plan-> fab 560 Source RF Scandinova Modulateur+2klystrons(Toshiba 35 MW) Livré, fin des tests 1000 Poutres supports Norte Mecanica Planéïté 0,03mm/1,6m Livré, mesurées 90 Laser tracker Alignement machine Rentabilisé! 35 Hexapode laser IT Symétrie 6 vérins Livré, testée 128 Chambre à vide Rial Vacuum Fuites ! Planning revu 60 Matériel pour le vide stocké Livré, testé 550 Atténuateur+dephaseur Tech-Inter Fuite, réparée Livré, attente test RF Guide d’onde r.a.s. Livré, ajustement sur site 80 Cavité RF anneau achat à SESAME Testée, reconditionnnée 30 Laser IT One/Five Livré Testé Cavité FP LAL Proto testé @ 390 kW Version finale à faire Laser photocathode Amplitude YLF 400 …

Commissioning faisceau Supposition : commissioning technique terminé : oct 2017 = 45% Comment ? Qui (LAL) ? durée ? 1 accélérateur 1.1 linac + Ligne Transert CB+SC 1 mois (LAL) 1.2 anneau ND+IC 6 mois LAL+aide de SOLEIL 2 laser interaction 2.1 laser FZ+RC ½ mois (LAL) 2.2 cavité FZ+RC ½ mois (LAL) 3 ligne X 3.1 faisceau direct MJ+KD 1 mois (LAL) 3.2 transfocateur ½ mois (LAL) 2 modes : 1) 0,1 nC, 10 Hz -> debug machine 2) aller au nominal : 1 nC, 50 Hz

Commissioning faisceau 2 modes : debug : 0.1 nC , 10 Hz et upgrade  1er faisceau RX exploitable pour une expérience poursuite vers le nominal : 1 nC, 50 Hz LINAC : expérience au LAL Anneau : faisceau ok à 50 MeV, difficultés des premiers tours - réglage kicker inj pour avoir signaux sur 1er BPM : quad + sextup + correcteur = off (scan tension réglage kicker inj, synchro BPM) - dipôles cyclés - cyclage quad : sextup + correcteur = OFF, cavite RF =OFF  signaux sur BPM - 1ers tours ? N = 100 ? Analyses des orbites, aide moniteurs de pertes, … - sextupoles = ON - …

Conclusions ThomX démonstrateur Source RX compacte basée sur rétrodiffusion Compton En phase d’installation : linac+LT+LE : début 2018, anneau fin 2018 Commissioning : 2018, 1er faisceau RX, 2019 ? Flux visé 1012 ph/s Défis : Bâtiment : fait ! (Retard sur obtention bâtiment 1,5 an) laser de forte puissance moyenne : > 100 W Cavité Fabry-Pérot : Actuellement proto : 380 kW, possible 500 kW ? Anneau non conventionnel : transport 1 nC dans anneau au Pt d’interaction (Simul  A Gamelin) Essayer de garder le flux durant les 20 ms (50 Hz) Industrialisation

Merci à tous les partenaires et les collaborateurs de ce projet innovant et motivant ! Environ 100 Ingénieurs, chercheurs, techniciens (technique + administration )