pichoff

Dynamique du faisceau dans
RX2
Nicolas Pichoff
CEA-DIF/DPTA/SP2A/LFPA
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
1
Structure du linac
Source intense de rayonnement X
2,5 m
Photo-injecteur
0,9 m
12,5 m
-js
+js
Cryomodule
Cavités
Minimise la dispersion
en énergie
-js
+js
Solénoïde
Cible
Charge d’un paquet : 200 nC
Nombre de paquets : 20
Fréquence des paquets : 352,2 MHz
Energie finale : 40 MeV
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
2
Dynamique du premier paquet
Codes : TraceWIN/PARTRAN
Distribution initiale : 2 MeV, Water-bag
Dimension du faisceau sur la cible (DFC) : 340 µm
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
3
Beam-loading
Chaque cavité communique :
- 9,5 MeV aux particules
- 700 MW au faisceau sur 55 ns, soit 38 J.
Il est impensable de fournir aux cavités une telle puissance !
Les cavités sont donc initialement remplies : 300 J
La tension accélératrice initiale des cavités est alors : 17,3 MV
La phase synchrone initiale est : 45,7 °
Les paquets pompent cette énergie les uns après les autres
Si rien n’est fait :
- la tension accélératrice finale est : 16,2 MV
- la phase synchrone du dernier paquet est :  49,6 °
- le gain en énergie par cavité passe de 9,5 à 8,25
MeV du premier au dernier paquet.
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
4
Résultat sans compensation du beam-loading
Le dernier paquet arrive avec une énergie de 35,2 MeV au lieu de
40 MeV pour le premier paquet.
Dernier paquet
Premier paquet
Cible
Effet chromatique dans le solénoïde de foc : DFC = 2,4 mm.
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
5
Compensation du beam-loading
OBJECTIF : Minimiser la dimension du faisceau sur la cible,
soit minimiser la dispersion en énergie du faisceau.
Pour cela il faut faire remonter le
faisceau sur la crête du champ RF
paquet après paquet
Nous proposons pour cela de désaccorder les cavités de  390 kHz
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
6
Résultat avec compensation du beam-loading
Le dernier paquet arrive avec une phase de 35,2 MeV au lieu de
40 MeV pour le premier paquet.
Dernier paquet
Premier paquet
Cible
Effet chromatique dans le solénoïde de foc : DFC = 340 µm.
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
7
Conclusion
 Nous avons effectué le design d’une machine capable de
produire un faisceau d’électrons de 40 MeV, 4 µC, 55 ns sur un
diamètre de 350 µm.
 La forte puissance du faisceau nous a poussé à utiliser un mode
de fonctionnement particulier consistant à pré-charger les cavités
en énergie et les laisser se vider avec le passage du faisceau.
 Afin de réduire la dispersion en énergie d’un paquet, les quatre
cavités utilisées possèdent une phase synchrone alternativement
positive et négative.
 Afin de réduire la dispersion en énergie de l’impulsion, les
cavités doivent être désaccordées de 340 kHz, ce qui ne semble
pas si simple.
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
8
Perspectives
Nous devons maintenant :
 Concevoir un photo-injecteur (RF or DC) capable de produire
le faisceau en extrapolant celui d’ELSA et le simuler.
 Calculer l’excitation des HOM et leur effet sur la dynamique du
faisceau.
 Calculer les effets ioniques au niveau de la cible.
 Explorer un système de focalisation moins sensible à la
dispersion en énergie du faisceau.
CEA-DIF/DPTA/SP2A – Nicolas Pichoff
06/10/2003
9