Étude de faisceaulogie pour le projet ALTO Mgarrech Slah IPN d’Orsay Plan ¤ L’injecteur du projet ALTO ( Station NEPAL ) ~ Les différents éléments de la station NEPAL ~ Résultat d’optimisation du groupement du faisceau ~ La qualité du groupement à l’entrée de la section en fonction de l’espace de glissement groupeur-section LINAC ¤ Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur ~ La philosophie de la mesure ~ Montage ~ Principe de la mesure ~ Résultats ~ Dépouillement des résultats ¤ Ligne de transport ~ Solénoïde ~ Doublet convergent ¤ Conclusion

L’injecteur du projet ALTO 1) Les différents éléments Canon Pré-groupeur Groupeur Trois lentilles de focalisation

L’injecteur du projet ALTO 2) Résultats d’optimisation du groupement du faisceau Variation de la transmission du groupeur avec la phase de la cavité (Pré-groupeur), d’après PARMELA Influence du champ électrique du pré-groupeur sur le courant crête maximal (moyenné sur 5°), d’après PARMELA Tirs  rmsN(x) mm mrad rmsN(y) mm mrad Courant crête (A) Df (°) T (%) Ez (MV/m)=0.45 F (°)=90 9.87 6.15 5.65 1 5 74.8 Ez (MV/m)=0.6 F (°)=50 10.4 6.66 7.5 1.1 79.5 Ez (MV/m)=0.75 F (°)=90 9.89 8.14 7.51 1.37 80.8 Ez (MV/m)=0.95 F (°)=110 9.76 9.65 8.78 1.31 83.2 Les meilleurs cas d’optimisations

L’injecteur du projet ALTO 3) La qualité du groupement en fonction de l’espace de glissement groupeur-section LINAC A la sortie du groupeur de l’injecteur, la dispersion /1 est constante. Pour réduire la phase -s il suffit d’augmenter D. L’inconvénient est que lorsque I (intensité du courant moyennée) devient un peu élevée, la charge d’espace tend à dégrouper le faisceau et à pénaliser l’espace de glissement trop long. A l’aide du code du calcul PARMELA, pour une énergie égale à 4 MeV à la sortie du groupeur, l’intensité du courant crête moyennée sur 5° passe par un maximum aux alentours d’une distance D=2m. L’intensité est maximale donc le nombre des particules regroupées est maximal. Influence de la distance D sur l'intensité du courant crête moyenné sur 5° (E=4MeV)

1) La philosophie de la mesure Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur La connaissance des caractéristiques du faisceau de NEPAL, en terme d’émittance est indispensable pour ajuster l’entrée des électrons dans la section accélératrice, et pour déterminer les caractéristiques optiques et électromécaniques des aimants de la ligne de transport. 1) La philosophie de la mesure Système optique B A T AB   -         On mesure le profil du faisceau en B et on désire connaître l’émittance en A -         Cela est possible par l’intermédiaire d’un système optique comme le solénoïde. T : la matrice du transfert entre les positions A et B A et B : respectivement les matrices du faisceau en position A et B les termes des corrélations sont nuls : 13=0, 14=0, 23=0, 24=0, 31=0, 32=0, 41=0 et 42=0 on a : B=T.A.Tt  11B=T11211A+2T11.T12.21A+T122.22A+T132.33A+2.T13.T14.34A+T142.44A 33B=T31211A+2T31.T32.21A+T322.22A+T332.33A+2.T33.T34.34A+T342.44A

Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur 2) Montage   -         Le solénoïde ( et son système d’alimentation)   -         Mors mobiles( dans chaque plan, deux plaques dont l’une est fixe et l’autre mobile) -         Cage de Faraday (pour mesurer le courant passant à travers les deux mors) -         L’ensemble de la mesure (solénoïde, mors mobiles et cage de FARADAY), est contrôlé et piloté à distance par un PC.

Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur 3) Principe de la mesure Dans un plan   -         Pour une intensité I dans le solénoïde -         A l’aide d’un moteur commandé par un logiciel développé sous LabView le mor mobile se déplace -         A une certaine distance, la plaque va commencer à cacher le faisceau  l’intensité Faraday diminue jusqu’à l’annulation - La distance entre le début de la décroissance et le début de l’annulation du courant donne la largeur horizontale du faisceau I(mA) d :Largeur du faisceau       - r=d/2  11=r2 Idem dans l’autre plan d x (mm)

Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur 4) Résultats

Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur 5) Dépouillement des résultats (E=1.92 MeV) Puisque : On ignore la géométrie exacte du faisceau à l’entrée du solénoïde (faisceau rond ou non) -         Les deux plans des mesures sont distincts On va : -         Déterminer 3 émittances ¤ Première émittance 1: on suppose qui notre faisceau à l’entrée du système optique est rond ¤ ¤ Deuxième émittance 2: Faisceau non rond mais on suppose que les mesures sont faites dans le plan médian des deux positions  ¤ ¤ Troisième émittance 3: faisceau est non rond et les mesures sont faites en deux positions distinctes. Plan (x,x’) 1=10 mm.mrad 2=8.52 mm.mrad 3=12.01 mm.mrad   Plan (y,y’) 1=11.73 mm.mrad 2=11.87 mm.mrad 3=9.07 mm.mrad Émittance (y,y') = 11.73 mm.mrad Émittance (x,x') = 12.01 mm.mrad Émittance estimée à 4 MeV Émittance (x,x') = 6.34 mm.mrad Emittance (y,y') = 6.14 mm.mrad

Mesure de l’émittance transverse du faisceau d’électrons à la sortie de l’injecteur 6) Résumé des résultats   Article EPAC (R. Chehab et al) 4.8 MeV 1.92 MeV 2.55 MeV 3.1 MeV Calculs Parmela Emittance (x,x’) (mm.mrad) 4.4 12.01 10.86 8.97 Emittance (y,y’) (mm.mrad) 11.73 8.77 9.03 E = 4 MeV 5.2 6.34 7.3 7.15 3.8 6.14 5.9 7.2 Les émittances estimées à 4 MeV à partir des mesures faites à 1.92 MeV, 2.55 MeV et 3.1 MeV sont très proches et comparables à celle trouvée par Chehab.  

Schéma général de la ligne de transport d’ALTO L’optimisation de ligne de transport dépend de : * L’émittance initiale. * L’émittance souhaitée à la fin de ligne. * L’espace disponible. * la dispersion en énergie entre les différents bunchs, dans la section accélératrice. Solénoïde Quadripôle focalisant dans le plan des x Faisceau Section accélératrice Dipôle Quadripôle défocalisant dans le plan des y Schéma général de la ligne de transport d’ALTO

Enveloppe du faisceau en absence du solénoïde Ligne de transport 1) Solénoïde En absence de focalisation entre le groupeur de la station et la section accélératrice, on perd une partie du faisceau   Enveloppe du faisceau en absence du solénoïde Un courant d’intensité de 93A circulant dans le solénoïde, suffit à conduire le faisceau dans la section sans perte   Courant dans le solénoïde 93 A

Quadripôle très focalisant au centre, pour obtenir l’achromatisme Ligne de transport 2) Doublet convergent Quadripôle très focalisant au centre, pour obtenir l’achromatisme Le choix de deux quadripôles est plus intéressant, car l’étalement du faisceau est moins important que dans le cas précédent. La déviation peut transmettre sans pertes un faisceau dont l’émittance serait égale à l’acceptante du LINAC

Conclusion ¤ Les simulations ont permis d’obtenir les résultats suivants : il est possible de répondre aux exigences du cahier des charges du projet ALTO L’emplacement de la section n’est pas arbitraire et il faut une distance de 2 m entre le LINAC et le groupeur de l’injecteur ¤ L’émittance estimée à 4 MeV s’avère en bon accord avec les mesures antérieures et avec les calculs PARMELA ¤ La ligne de transport adoptée transporte le faisceau jusqu’à la cible sans dégradation de ses caractéristiques, principalement en ce qui concerne le courant crête, malgré la grande dispersion en énergie due au Beam Loading.