TS/SU/MTI - CERN

L’alignement du CLIC : passé, présent et futur

1Séminaire TS 2005

L’ALIGNEMENT DU CLIC :

PASSE, PRESENT, FUTUR

Hélène MAINAUD DURAND

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L’alignement du CLIC : passé, présent et futur

2Séminaire TS 2005

SO

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E

1. Introduction: présentation du CLIC

2. La situation actuelle

3. Les études futures

SENSORS

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3Séminaire TS 2005

1.

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L’étude CLIC, c’est:

une étude de faisabilité indépendante:• pour le développement d’une technologie réaliste• à un coût abordable• pour un collisionneur e+ e-• dans l’ère post-LHC pour la physique dans les faisceaux d’énergie multi Tev.

SENSORS

PRESENTATION DE L’ETUDE CLIC

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4Séminaire TS 2005

1.

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• Haute énergie: 0.5 – 5 TeV• Haute luminosité• Méthode d’accélération des 2 faisceaux

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LE PROJET CLIC (Compact LInear Collider)

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5Séminaire TS 2005

1.

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Un avantage…• petite machine dans un petit tunnel

… une contrainte:• grande sensibilité aux erreurs d’alignement et à la stabilité du sol, due à l’utilisation de hautes fréquences RF.

SENSORS

Tolérance de 10 m sur une fenêtre de 200 m en ce qui concerne les positions transverses des composants des linacs CLIC.

Stabilité mécanique des quadrupoles au-dessus de 4Hz pour le Final Focus: 0.2 nm (tolérance verticale)

LES ENJEUX DE L’ALIGNEMENT

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6Séminaire TS 2005

1.

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Tolérance de l’alignement:10 m sur une fenêtre coulissante de 200 m

Une telle tolérance ne peut être obtenue par alignement statique(mouvements sismiques du sol, bruit culturel, activité humaine et

industrielle)

Philosophie des études: Proposer un pré alignement actif afin de garantir que les premiers

faisceaux injectés soient dans la trajectoire souhaitée et de pouvoir lancer le « beam based alignment ».

Déroulement des études: Les premières études concernant le préalignement actif ont été

lancées en 1990. W. Coosemans a fait une première proposition pour l’alignement du CLIC en 2003.

LES ENJEUX DE L’ALIGNEMENT

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7Séminaire TS 2005

2.

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LES ETAPES POUR L’ALIGNEMENT DU CLIC

Installation et détermination du réseau géodésique

Transfert de référence dans le tunnel

Installation et détermination du réseau du tunnel

Alignement absolu des éléments

Alignement relatif des éléments

Préalignement actif

Contrôle et maintenance de l’alignement

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8Séminaire TS 2005

2.

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Premières solutions:

Simplifier le problème: préaligner 4 cavités accélératrices et un BPM sur une même poutre.

Développer un système d’articulation particulier entre les poutres adjacentes afin de simplifier l’alignement: aligner les poutres revient à aligner des points d’articulation.

Réaliser le préalignement actif en équipant les points d’articulation des poutres de capteurs, et en les supportant par des actionneurs pas à pas.

LE PREALIGNEMENT ACTIF

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9Séminaire TS 2005

2.

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• Développement/mise au point de capteurs micrométriques (WPS, HLS)

• Mise au point de techniques d’alignement associées à ces capteurs (méthode du double fil tendu)

• Mise au point d’un système d’alignement actif

• Mise en situation de ces solutions dans le CTF2: poutres et quadrupoles ont continuellement été alignées par rapport à un fil tendu servant de référence à mieux que 5 microns.

• Positionnement et maintien de l’alignement de 2 poutres adjacentes dans le micron.

LES ACQUIS DU PASSE (1989->2002)

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10Séminaire TS 2005

2.

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UNE STRUCTURE MECANIQUE ARTICULEE

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11Séminaire TS 2005

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LE SUPPORTAGE DES QUADRUPOLES

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12Séminaire TS 2005

UNE PROPOSITION POUR UN PREALIGNEMENT ACTIF2.

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10m sur une fenêtre de 200m, coulissant le long de 30km.

=Capteurs optiques RASNIK CCD équipant chaque poutre pour un alignement poutre à poutre précis -- quelques microns sur quelques mètres

+

Réseau composé de fils tendus sur plus de 100m suivant 2 lignes parallèles et se superposant --10 microns sur 200m.

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13Séminaire TS 2005

UNE PROPOSITION POUR UN PREALIGNEMENT ACTIF2.

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Des simulations ont montré qu’avec les options choisies, les défauts d’alignement étaient compris entre 8 et 14 m sur une fenêtre coulissante

de 200m.

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14Séminaire TS 2005

LES INCERTITUDES…2.

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Certaines hypothèses restent à vérifier:• peu de tests ont été réalisés sur les capteurs RASNIK, notamment concernant son système d’acquisition sur de grandes distances.• il faut confirmer l’utilisation d’un fil tendu comme référence (poursuivre la modélisation, déterminer la longueur maxi acceptable)• l’étude concernant l’effet de la gravité sur les systèmes d’alignement tels que les WPS et HLS (utilisés pour la modélisation du fil) doit être poursuivie: il faut notamment regarder avec quelle précision peut être déterminé le champ gravitationnel.

SENSORS

Nous sommes à un tournant de l’étude CLIC• renégocier les tolérances d’alignement• la structure mécanique articulée n’est plus forcément adéquate poutres indépendantes les unes des autres• réactualiser la solution concernant l’acquisition des données

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15Séminaire TS 2005

STRATEGIE POUR LE FUTUR3.

FU

TU

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SENSORS

Message du DG concernant l’étude CLIC:

Accélérer les tests de faisabilité du concept du CLIC, afin d’arriver en 2010 à une conclusion ferme sur sa possible utilisation pour un

collisionneur linéaire e+ e- au-dessus de 1 TeV.

Pour 2010: solution technique + financière

concernant l’alignement du CLIC

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16Séminaire TS 2005

STRATEGIE POUR LE FUTUR3.

FU

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SENSORS

Détermination du réseau géodésique

Transfert de référence dans le tunnel

Détermination du réseau du tunnel

Alignement absolu des éléments

Alignement relatif des éléments

Préalignement actif

Contrôle et maintenance de l’alignement

Commun à tous les

accélérateurs

Quelques points

communs (capteurs)Un grand

nombre de spécificités

(petite taille, tolérances)

Feed back sur ce qui a déjà été fait au

CERN

Contribuer aux groupes de

travail existants sur le

sujet (EUROTEV)

Mener les études spécifiques CERN

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17Séminaire TS 2005

ETUDES CERN AUTOUR DE 2 AXES3.

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1er axe: lever les incertitudes concernant la solution actuelle…• l’utilisation des capteurs RASNIK et de leur système d’acquisition sur de grandes distances• l’utilisation d’un fil tendu comme référence (modélisation,longueur maxi)• une détermination exceptionnellement précise du champ gravitationnel.

… et optimiser la solution choisie jusqu’à présent:• en refaisant fonctionner le module d’alignement actif existant• en mettant à jour le système d’acquisition et en améliorant la mécanique existante.

2ème axe: définir une solution alternative• pour la métrologie: utilisation de systèmes optiques en

remplacement du fil tendu• pour les supports mécaniques: chaque poutre serait indépendante• pour le système d’acquisition et de contrôle des capteurs et

actionneurs.

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18Séminaire TS 2005

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SENSORS

Les différents tests réalisés depuis maintenant 16 ans ont montré qu’il n’était pas illusoire d’envisager des

tolérances de ± 10 m sur 200 m.

Toutefois, des points d’interrogation subsistent toujours.

Nous souhaitons que les études d’alignement du CLIC, gelées pour cause de priorité LHC reprennent

rapidement afin d’être prêts pour 2010.