Simulation numérique de la compression d’un faisceau d’électrons de forte charge D. GUILHEM (David.Guilhem@cea.fr) CEA/DAM Ile-de-France , BP12–F 91680,

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1 Simulation numérique de la compression d’un faisceau d’électrons de forte charge
D. GUILHEM CEA/DAM Ile-de-France , BP12–F 91680, Bruyères-le-Châtel, France Résumé : La production de paquets courts (quelques ps) d’électrons de fort courant et de brillance élevée au point de focalisation finale d’un accélérateur d’électrons relativistes requiert une parfaite maîtrise des effets de charge d’espace dans les plans transverse et longitudinal. Pour la nouvelle zone expérimentale de l’accélérateur d’électrons de 18 MeV, ELSA du CEA DAM–Ile de France, la compression est obtenue par un système de déviation original (« double aimant alpha ») qui assure simultanément la compression et une translation globale de l’axe de propagation. Nous avons développé à cet effet un code de simulations numériques multi-particulaire CT2P. Nous comparons les simulations du code CT2P et TRACE3D pour un faisceau d’électrons dans le compresseur magnétique ½ tour de l’accélérateur ELSA. Nous étudions ensuite la compression longitudinale d’un paquet dans le nouveau compresseur « double alpha » à faible, puis forte charge (10nC). 3-Compresseur magnétique ½ tour 3-Compresseur « double alpha » de l’installation ELSA Conclusion : Le code de simulation multi-particulaire CT2P développé pour étudier la compression longitudinale d’un système d’aimant alpha a été comparé au code TRACE3D. Les simulations du transport d’un faisceau dans le compresseur magnétique ½ tour de l’accélérateur ELSA a ainsi permis de valider le code CT2P. Dans une deuxième étape, une étude spécifique sur le nouveau compresseur « double alpha » a permis de déterminer l’influence des réglages de l’aimant et de la dispersion en énergie sur la compression, à faible charge et forte charge. Des mesures de compression sont à venir, et permettront de confirmer ces résultats. 1-Code de Transport de Paquet de Particules (CT2P) Multi-particulaire Calcul en temps Traitement modulaire des éléments Traitement de la charge d’espace par calcul des forces particule-particule Représentation de la trajectoire d’une particule dans le référentiel global (XYZ) Représentation des particules dans le repère du paquet ou dans le référentiel global Suivi de l’enveloppe du paquet dans les éléments Suivi de la dispersion d’énergie et de la compression longitudinale Interface utilisateur conviviale Post-traitement adapté 18 MeV 10nC dispersion linéaire de l’énergie - compression minimale plus importante t0nC < t10nc (ex : 0,3 à 300keV/10nC) - déplacement de la dispersion d’énergie optimale (dE0nC < dE10nc) Achromatisme du compresseur « double alpha » Compression longitudinal du paquet dans le compresseur « double alpha » Facteur de compression longitudinal du paquet avec CT2P Etude du facteur de compression longitudinal Exemple d’écrans de sortie du code de transport CT2P Photo du compresseur « double alpha » 2-L’accélérateur ELSA de la DAM-Ile de France Schéma du compresseur 1/2 tour Simulations TRACE3D ELSA Accélérateur d ’électrons de 1 à 18 MeV Photo-injecteur : impulsions brèves réglables de 10 à 150 ps Une structure temporelle adaptable : 1 à impulsions dans 100 µs répétition de 1 à 10 Hz Une charge/impulsion jusqu’à 50 nC Cible de production de rayons X Focalisation sur cible < 0,1 mm2 18 MeV 0nC dispersion linéaire de l’énergie 18 MeV 15 MeV Validation du code CT2P Nouvelle zone expérimentale Accélérateur ELSA Trajectoire CT2P de la particule de référence 17 MeV r45°=1m r90° =0.40m Schéma du compresseur « double alpha » Zone exp. accélérateur Triplet de quadrupôle gradient 45° 90°

2 Profils longitudinal et transverse du paquet
Initial nC nC 18 MeV ex=ey=0 mm.mrad Profils longitudinal et transverse du paquet