Projet de machine Compton à rayons gamma (Circulateur) Dans le cadre de Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source (ELI-NP-GS) 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

faisceaux énergétiques ultra-courts Les 3 « piliers » d’ELI En République Tchèque, à Prague : faisceaux énergétiques ultra-courts à partir d’accélérateurs laser-plasma compacts. ELI-Beamlines En Roumanie, à Magurele : physique nucléaire basée sur les lasers à partir d’une source gamma intense, et de lasers haute puissance. ELI-NP En Hongrie, à Szeged : dynamique extrêmement rapide des électrons à l’échelle des attosecondes + recherches sur les lasers ultra-intenses. ELI-Attosecond 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

ELI-NP 2 Lasers 10PW Source Gammas 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Principe de production des γ Diffusion Compton Collimation Sélection en énergie Laser gamma : Eγ = f(θ) (scattered electron) q Electron Ee ϕ EL θ (mrad) Eγ (keV) Ee = 50 MeV λ = 1 μm λ = 0.5 μm 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Applications des rayons quasi-monochromatiques X/γ Applications basses energies: Médicale : radiographie & radiothérapie Muséologie Sciences des matériaux Cristallographie Applications de la fluorescence nucléaire Physique nucléaire Sureté nucléaire Gestion des déchets nucléaires Ee > 1GeV γ > 100 MeV Ee~20-100MeV X ray ~10-100keV Ee ~100-500MeV γ > 1MeV Eγ,max (MeV) Ee (MeV) Applications hautes énergies Polarimètre Compton LEP mesure d’énergie Laser wire Collisionneur gg Source de positrons polarisés ELI-NP ThomX 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Spécifications de la source γ pour ELI-NP Energies γ (Eγ) : 0.2 – 19.5 MeV Largeur spectrale (ΔE/E) : 0.5% Densité spectrale (flux) : 5000 γ/(s.eV) Polarisation linéaire : 95% LINAC multi-bunch à 100Hz + circulateur optique 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Design général de la source γ Ee ≈ 280 MeV Ee ≈ 600 MeV 2 points d’interactions : 1 lasers 200mJ Yb@515nm (3.5ps) par point d’interaction LINAC hybride bandes S et C (~100 – 720 MeV) 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

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Système optique : circulateur Principe du circulateur Paramètres « libres » pour optimiser le flux de γ 2 miroirs paraboliques Pas d’aberrations Paires de miroirs à faces parallèles (MPS) à chaque passage Synchronisation indépendante passage par passage Changement de plan d’interaction à chaque passage Angle d’incidence constant (pour une faible largeur spectrale) Angle d’incidence Puissance laser Waist (ω0) au point d’interaction Nombre de passages 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Parallélisme des paires de miroirs à face parallèles Design Simulations effectuées sous Matlab et Code V Design du circulateur Parallélisme des paires de miroirs à face parallèles ω0 ↑ => flux ↓ flux ↓ ϕ ↑ => Nb passages ↑ => flux ↑ Optimisation Flux relatif Flux γ/(s.eV) Flux Procédure de fabrication => éviter la propagation des erreurs => 32 passages, φ = 7.54° 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Alignement Alignement global du système = superposition des 32 passages Action sur l’alignement Flux relatif Tolérances (μrad, μm) Tilts de l’injection (M0) Tilts + déplacement d’un miroir parabolique (M2) => N° degrés de liberté = 7 Distance moyenne au barycentre (µm) Flux relatif Pré-alignement à 20 μrad,μm Système aligné Algorithme d’alignement 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Synchronisation Δt = 200 fs => 1% de pertes Synchronisation des pulses laser avec les paquets d’électrons Action sur la synchronisation Rotation des paires de miroirs à faces parallèles (MPS) Flux relatif Δt (fs) Δt = 200 fs => 1% de pertes 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Simulation réaliste de l’algorithme d’alignement Performances Simulation réaliste de l’algorithme d’alignement maximisation du flux Gain total du circulateur par rapport à un simple passage (toute pertes comprises) ≈ 30 Flux relatif Angles polaire et azimutale 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Conclusion Nouveau système optique développé en collaboration avec les entreprises ALSYOM et AMPLITUDE Performances requises atteignables Flux > 5000γ/(s.eV) Polarisation linéaire > 99% Largeur spectrale < 0.5% dépôt du dossier début Octobre Attente de la réponse 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Merci pour votre attention 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Système de synchronisation et d’alignement 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

Polarisation 14/10/2013 Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz