ELSA Acclrateur dlectrons forte charge et faible mittance

ELSA Accélérateur d’électrons forte charge et faible émittance A. Binet, P. Balleyguier, A. Bloquet, D. Deslandes, V. Le Flanchec, P. Guimbal, G. Vallart et JL. Flament, A. Godefroy, H. Leboutet, M. Millérioux J. Treuffet, S. Brygoo CEA, Bruyères le Châtel, France SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 1

Rappel sur l’origine d’ELSA = Etude d'un La. Ser Accordable • 1988 - 93 : conception mise en œuvre d’un Laser à Electrons Libres Validation des choix technologiques et de la physique source LEL IR accordable entre 9 et 35 µm • depuis 1995 : source de faisceaux d’électrons et de photons pour l’étude de la physique des faisceaux et un grand nombre d’applications • 2000 - 03 : conception de nouvelles lignes dans une nouvelle aire ………………expérimentale SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 2

ELSA: un photoinjecteur et un accélérateur linéaire de 19 Me. V Les composants essentiels sont: • Un laser très paramétrable • Un photoinjecteur très basse fréquence (144 MHz) . . alimenté par une tétrode de 2. 5 MW (TH 526) • Un accélérateur linéaire à basse fréquence (433 MHz) capable . . d’accélérer des pulses de forte charge (env. 15 n. C) • Un klystron conçu pour fournir des macroimpulsions de 100 à 150 µs . . (TH 2118, 6 MW crête, 200 k. W moyen) • Un demi-tour assurant une compression magnétique (50 ps/%E) …. courant crête env. 300 A SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 3

Schéma d’ELSA Casemate de 5 m x 12 m : installation compacte 1/2 tour = injection dans la cavité LEL et compression magnétique SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 4

Le photoinjecteur d’ELSA SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 5

Bâti photocathode et photoinjecteur SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 6

Structure temporelle SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 7

Schéma du laser pilote d’ELSA SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 8

Développement d’un nouveau laser pour ELSA ü Pompage longitudinal par diode laser d’un cristal Nd: YAG ou Nd: YVO 4 ü Verrouillage de mode par SESAM (SEmi-conductor Saturable Absorber Mirror) Fibre Nouvelle tête laser : petit cristal Nd: YAG cristal (4 x 6 mm 3) pompé longitudinalement par une diode laser fibrée, refroidi par conduction (pas d’eau = moins de vibration) Buts : Miroir arrière de la cavité ü Stabilité et fiabilité ü impulsions plus brèves (<10 ps), ajustables par Fabry-Perot intra-cavité Dispositif imageant la sortie de fibre dans le Nd: YAG SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 9

Contrôle spatial du profil transverse du laser ü Meilleur contrôle de l’éclairement de la photocathode ü Meilleure utilisation de la puissance laser ü Contrôle du profil du faisceau d’électrons pour optimiser l’émittance entrée: faisceau gaussien Sortie: faisceau plat obtenu par mis en forme du front d’onde a. u. Forme asphérique l’excès d’énergie au centre du faisceau est réparti sur les bords SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 10

Plan général de l’installation ELSA SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 11

Nouvelles lignes pour de nouvelles applications 1 2 C C : Compresseur magnétique 1 : Production d’X durs 2 : Ligne bas bruit ou très forte intensité SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 12

Compresseur magnétique double-alpha Dipôles alpha Vue de côté: Le compresseur est dans un plan vertical 800 mm But • Compression temporelle (R 56= 3 ns) • Translation verticale de l’axe du faisceau de 800 mm • Conservation d’une bonne émittance Dipôle Alpha Gradient de champ constant pour z > 0, Bz= Gx, Bx=Gz et By=0 pour z < 0, B = 0 • Achromatique, si incidence = 40, 71° • Trajectoires homothétiques en 1/2 SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 13

Dipôle Alpha Acier doux (XC 06), Shunt d’entrée À 10 et 17 Me. V : trajectoires dans un gradient de champ constant (1 T/m) bâton dans la gueule du “croco” (Acier amagnétique 316 L) emplacement de la bobine inférieure entrefer réglable profil hyperbolique bobine Simulation Poisson 2 D annulation de l’intégrale de champ en sortie (entrefer réglable) SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 14

Contrôle de la position du faisceau Sensibilité : 0, 5 m. A Précision : 100 µm Dynamique : 80 d. B SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 15

Extraction de fortes charges Simulation de l’extraction de forte charge sur le photoinjecteur d’ELSA avec MAFIA SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 16

Mesures de l’émittance transverse par la technique des 3 gradients • Mesure du profil sur écran à Rayonnement de Transition Optique • Acquisition de l’image avec une caméra CCD intensifiée (utilisation de la dynamique) • Traitements: soustraction du fond, moyennage, correction de l’effet de la charge d’espace A basse charge, l’émittance rms normalisée mesurée (1 µm) est proche de l’émittance thermique, estimée entre 0, 5 et 1 µm pour un rayon de photocathode de 2 mm SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 17

Un photoinjecteur de 3, 7 Me. V Principe: appliquer un bouclage réactif sur l’ampli à tétrode Intérêt: - augmenter l’énergie du faisceau - augmenter la charge extractible - amélioration de l’émittance SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 18

Conclusion ELSA est plus qu’un LEL. ELSA est utilisé pour la caractérisation et la calibration des détecteurs montés sur les grandes installations de la DAM (AIRIX, LIL et laser MEGAJOULE) Les développements autour du photoinjecteur doivent permettre des études, sur la physique des faisceaux, de grande qualité. SFP Journées Accélérateurs / Porquerolles 2003 Alain Binet 19