17 Avril 2008A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL1 Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue Motivations Configuration simple passage Phase 1, 1' et

17 Avril 2008 A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL 1

Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue

Motivations

Configuration simple passage

Phase 1, 1' et 2

Configuration mixte simple passage et ERL

Phase 3


Liste des contributeurs

CEA :Garzella David, Gobert Olivier, Guizard Stéphane, Labat Marie, Méot François Merdji Hamed, Monot Pascal, Mosnier Alban, Poisson Lionel, Renaudin Patrick CELIA (Bordeaux):Bachau Henri, Belsky Andrei CNRS :Boeglin Christine (IPCMS), Beaurepaire Eric, Bigot J ean-Yves, Halté Valérie, Vomir Mircea DESY :Wabnitz Hubetus ENSTA:Zeitoun Philippe ESRF :Wulff Michael FYSISKA INSTITUTIONEN:Svenson Svante LAL :Bruni Christelle LCAM (Orsay) :Dowek Daniele LCPMR :Luning J an, Maquet Alfred, Penent Francis, Rochet François LOA :Rousse Antoine, Zeitoun Philippe Laboratoire de Photophysique Moléculaire (Orsay):Shafizedeh Nadilah Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (Toulouse):Blanchet Valérie LIXAM :Gisselbrecht Mathieu, Huetz Alain, Meyer Michael LULI :Marques J ean Raphaël NEEL INSTITUT (CNRS) :Vogel J an SOLEIL :Benabderrahmane Chamseddine, Chubar Oleg, Couprie Marie-Emmanuelle Croizer Denis, Denard J ean-Claude, Dumas Paul, Filhol J ean-Marc, Herbeaux Christian, Lambert Guillaume, Lebasque Pierre, Lestrade Alain, Loulergue Alexandre, Louvet Marc, Marchand Patrick, Marcouillé Olivier, Mercère Pascal, Miron Catalin, Morin Paul, Idir Mourad, Nadolski S. Laurent, Nagaoka Ryutaro Nahon Laurent, Podgorny Sabine, Ribeiro Fernand, Sacchi Maurizio, Vavasseur Gaëlle UNIVERSITE DE RENNES :Collet Eric, Bratos Savo, O’ Keeffe Patrick, Wuillemier E.J ., Saes-Chergui Machek, Rochat François, Mirloup Fabien, Pillet S.


Motivations

Impulsions courtes de photons : de qq 10 fs à 1 ps

Couverture de 10 eV à 1 keV

Brillances crêtes élevées : +5 décades ( / SOLEIL)

LEL + HGHG : Laser Seeding, Harmoniques dans les gaz

Nécessitent : Paquets d'électrons courts, Faibles émittances Faible dispersion en énergie

=> LINAC de 4ième génération


Phase 1

L = 100 m

1 Système laser 1 Canon RF type haute brillance3 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 2K 1 Cryo-module harmonique 3 3.9 Ghz 2K 1 Compresseur magnétique1 Source de lumière : LEL1 Arrêtoir faisceau

Q = 1nC Imoy = 1 à 10 µA

Emax = 330 MeV Pbeam = 330 à 3300 W sur arrêtoir

Freq = 1 à 10 kHz


Phase 1 : Laser

qq µJ UV à 262 nmavec Qcathode = 1 % (CS2Te)

Laser Shaping : Crucial

Forme trapèze (Accessible) Plateau 10 à 30 ps Chute la plus courte <2 ps

Ellipsoïdal

Trapèze 20 ps chute = 2ps


Phase 1 : injecteur

Canon haute brillance1 kHz10 kHz ???

εtot

= 1.1 10-6 m.radε

slice = 1. 10-6 m.rad

1 nC 22 ps 50 A crête40 MV/msur cathode


Phase 1: Harm 3

Compression90 MeV

V1=13,5MV/m Phase=35 degAvec : V3=15MV/m Phase=-223 deg

Profil laser = trapèzeRF linéariseur :Permet une compression magnétique performante


Phase 1 : Compresseur

Optimisation de la compression :Minimiser les effets de LSC et CSR sur Emittances, Dispersion en énergie globale et slice=> Chicane magnétique (dipôles)

Variantes :Velocity bunching ?Combinaison avec Chicane ?


Phase 1: linac2onduleur

Propose : 800 A crête à 200-330 MeV Plateau 150 µm (500 fs) Emit slice = 10-6 mrad de/e slice = 0.01 %

dE/E corrélé (pente locale) ±0,1 % à 330 MeV ~0 à 200 MeV (Phase RF)

500 fs à comparer au pulse du laser seeding de qq 10 fs=> synchro très rapide


Phase 2

L = 250 m Phase 1 + :

7 Cryo-modules type Tesla 1.3 GHz 1 Compresseur magnétique1 Source de lumière : LEL1 Arrêtoirs faisceau

Q = 1nC Imoy = 1 à 10 µA

Emax = 1 GeV Pbeam = 1 à 10 kW sur arrêtoir

Freq = 1 à 10 kHz

Seeding avec harmoniques dans les gazs :G. Lambert et al. Injection of harmonics generated in gas in a free-electron laser providing intense and coherent extreme-ultraviolet light – Nature physics889, Volume 4 No 4 pp296 – 300


Phase 2 : Compresseurs

Sortie Comp 1 : 300 A crête 320 µm rmsR56 = 0,1 m/% à 100 MeV

Sortie Comp 2 : 2000 A crête 50 µm rmsR56 = 0,05 m/% à 500 MeV


Phase 2 : linac2onduleurs

Propose : 2000 A crête à 1 GeV Plateau 60 µm (200 fs) Emit slice = 10-6 mrad de/e slice = 0.01 %

dE/E corrélée (pente locale) ±0,1 % à 1 GeV ~0 très difficile !

200 fs à comparer au pulse du laser seeding de qq 10 fs => synchro très rapide


Phase 3

Phase 2 +2 Boucles de recirculation à 1 et 2 GeV (=> ERL) 1 Canon haute cadence : 1 MHz et plus 2 LEL et plusieurs insertions VUV et X2 Arrêtoirs faisceau

Q = 1nC Freq = 1 à 10 MHz Imoy = 1 à 10 mA

E = 1 2 et 3 GeV Pbeam = 10 à 100 kW sur arrêtoir (10MeV)

+ Combineurs de faisceau 0,01 0,1 1 et 2 GeV


Brillances


Liste Onduleurs

Différents types d’onduleurs :

Polarisation plane : U18 U20 U26 U35

Polarisation elliptique : HU30

U20 SOLEIL

HU80 SOLEIL


Phase 3 : Canon

Injecteur a fort courant moyen10 MeV Rep = 1 à 100 MHz

NC DC GUN (type jlab)

SC RF GUNR&D en cours


Phase 3 : Arcs

Basés sur les éléments de l'anneau de stockage SOLEIL

1 GeV

2 GeV

Autre solution :arcs 1 et 2 GeV dans un tunnel commun

Optique type anneau (low alpha) Isochrone ordre 1 et 2 localement Achromate


Phase 3 : BBU

Limite de stabilité BBU vs HOM des cavités de type TESLA

Graded gradient le long du linac

Courant seuil vs force de focalisation

Choix optiques : Triplet entre chaque cryomodule


Phase 3 : ERL + Phase 2

Fonctionnement simultané des 2 modes : ERL au Mhz Linac au kHz

Challenges : Contraintes Optiques Branches faisceau (combineurs - distributeurs) Chicane 2 inclue dans la boucle ? (phase RF + ERL) Dimensions machines versus cadences ? Autres ...


Phase 3 : Combineurs

Au niveau de l'injection

Retour boucles1 et 2 GeV

10 MeV 1 MHz100 MeV 1 kHz1 et 2 GeV 1 MHz

Linac ->

En bout de linac

Vers boucles1 et 2 GeV 1 MHz

Linac ->

Elements pulsés1 kHzA étudier => Principe extraction booster ?

Kicker SOLEIL


Conclusions

AEC status :

Avant Projet Sommaire finalisé

Site Web :

Et après :Avant Projet Détaillé

AEC Test Facility Banc de test canon haute brillance Laser + shaping

+ booster 50 MeV + Chicane magnétique

Collaborations possibles

Canon haute brillanceDynamique ERLCompton sur AEC ?

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Documents

17 Avril 2008A. Loulergue Rencontre LAL SOLEIL1 Les Accélérateurs pour ARC EN CIEL A. Loulergue Motivations Configuration simple passage Phase 1, 1' et