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1 Page 1 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL 2 SPIRAL 2 P. Bertrand, JL Biarotte, B. Bru, J.M. De Conto, R. Duperrier, E. Froidefond, N. Pichoff, F. Savalle, D. Uriot, F. Varenne (GANIL, IPN Orsay, CEA Saclay, CEA Bruyères, LPSC Grenoble)

2 Page 2 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Membres de l’équipe Bernard – Ours fort (germanique) Source « 10000 prénoms du monde entier » Ed. Marabout Patrick – noble, patricien (latin) Franck – Franc, homme libre (latin) Jean-Luc – Dieu est miséricordieux- Lumière (hébreu-latin) Emmanuel – Dieu est avec nous (hébreu) Didier – Désiré (latin) Nicolas – Victoire, peuple (grec) Romuald – Glorieux dans le commandement (germanique)

3 Page 3 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Cahier des charges Energie de sortie fixée à 20iMeV/A pour les deutons. Optimisation du linac pour des Q/A = 1/3 avec 14.5 MeV/A. Energie d’entrée fixée à 20ikeV/A. Emittance transverse rms en entrée de 0.4 .  m.rad pour les 1/3 et 0.2 .  m.rad pour les deutons. Un courant de 1 mA pour les 1/3 et 5 mA pour les deutons. Des pertes inférieures à 3% pour les deutons sont requises au niveau du RFQ et ~ 0 dans la partie supra conductrice. Un fonctionnement en CW.

4 Page 4 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Plusieurs configurations ont été étudiées: 88 MHz 88 MHz (RFQ+SC1) -176 MHz (SC2) 176 MHz avec focalisation transverse assurée soit par des solénoïdes supra conducteurs soit par quadripôles conventionnels la possibilité d’accélérer des Q/A = 1/6 pour chaque option a été évaluée => OK! Quelles options? } =352/n MHz fréquence populaire

5 Page 5 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Quelles options? L’option tout 88 MHz avec quadripôles conventionnels a été choisie comme structure de référence en septembre. Les principaux arguments sont: un plus petit nombre de résonateurs une minimisation du nombre de sources RF de forte puissance (>200 kW) par rapport à une solution type RFQ+IH-DTL+HWRs @ 176 MHz l’accélération de Q/A=1/6 (pas de saut en fréquence au niveau de la MEBT, le RFQ 1/6 étant @ 88 MHz) une modularité maximum un réglage du linac simplifié un steering des QWRs maîtrisé une ouverture plus grande à haut ß

6 Page 6 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Les Lignes Basse Energie Rôle = adapter les faisceaux des sources ECR au RFQ avec un grossissement d’émittances minimum Des simulations multiparticulaires avec charge d’espace n’ont pas montré de grossissement d’émittances notable

7 Page 7 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003RFQ 88 MHz @ 0.75MeV/A: Longueur 5.077 m Ouverture moyenne (8.1-10 mm)  t /  t rms nul Champ crête relativ t bas (1.65 Kp) tension 100-113 kV, Modulation 1-1.99 Transmission 1/2 99,95% Transmission 1/3 99,93% Deutons 1/3

8 Page 8 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 La Ligne de Moyenne Energie Rôles : adapter les faisceaux du RFQ au linac supra en minimisant les grossissements d’émittance permettre l’insertion de la ligne Q/A=1/6 pour un possible upgrade permettre l’insertion d’un dispositif de hâchage pour le commissioning et les besoins de la physique

9 Page 9 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Le hâchage dans la MEBT Cas des ions Q/A = 1/3 Avec deux hâcheurs type SNS (2.5 kV en 8 ns), la séparation du faisceau Q/A= 1/3 peut être obtenue Cas des deutons 1 seul hâcheur type SNS suffit pour les deutons

10 Page 10 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Critère pour évaluer les cavités Equation pour la force transverse : On peut en dériver des paramètres normalisés pour quantifier: le kick la défocalisation la défocalisation différentielle

11 Page 11 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Etude théorique du steering Grossissement d’émittance pour une QWR

12 Page 12 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Etude théorique du steering case  s (°) radial envelope (mm) deflection angle (mrad)  in_y  mm.mrad)  out_y  mm.mrad)  out_y/  in_y  mm.mrad) theoretical-3080.6030.400500.402881.00596 double-sine-3080.6050.400500.402531.00633 field-map-3080.6520.400500.402751.00562 theoretical-3060.6030.400500.401841.00336 double-sine-3050.6060.400500.401091.00146 theoretical-9081.20630.40050 1.00000 double-sine-9081.21560.400500.400531.00007 176 Mhz  0 = 0.12  = 20° Confrontation numérique pour une cavité Ceci permet de valider les codes de transports!!!

13 Page 13 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Simulations du linac supra Deux types de tank avec   =0.07,  =0.12 et  t =0.11. 1 doublet, 1 cavité par maille (01); 1 doublet, 2 cavités ensuite (011) ~24 cavités (12+12) E acc = 6.5 MV/m Run 1/3

14 Page 14 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Simulations end to end (RFQ – MEBT – LINAC) 1/3

15 Page 15 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Simulations end to end (RFQ – MEBT – LINAC)

16 Page 16 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Simulations end to end deutons (RFQ – MEBT – LINAC)

17 Page 17 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003 Distributions en sortie Cas des deutons!! Cas des ions

18 Page 18 Dynamique des faisceaux pour SPIRAL2 – R. DUPERRIER – Journées SFP - 5-7 octobre, 2003Conclusion Nous avons montré plusieurs architectures répondant au cahier des charges de SPIRAL 2. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires: étude d’une achromat avec séparation dans la LBE deutons, optimisation plus poussée de la MEBT (charge d’espace), le shéma de correction (BPMs et déviateurs), pour la définition des tolérances, la ligne haute énergie.