Dynamique faisceau pour le projet - ARC-EN-CIEL C. Bruni
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Dynamique faisceau
pour le projet
ARC-EN-CIEL
C. BruniIntroduction
Configuration simple passage Configuration ERL
Forte charge Fort courant moyen
Faisceau court Fonctionnement continu
Faible émittance
Problématique : Problématique :
Optimisation de la compression Optimisation de l'optique
Maitriser : Maitriser :
- Rayonnement Synchrotron Cohérent - Faisceau d'énergies différentes
- Charge d'espace - Instabilité Beam Break UpARC-EN-CIEL Phase 1
Compresseur
Cavités : Tesla SC
magnétique
S-chicane
R56=0.2 - 0.1 m
Laser
HGHG
Faisceau @220 MeV :
Charge 1 nC
Photoinjecteur :Tesla TTF2 Durée 500 fs
Cadence 1 kHzCompresseur magnétique
δE
Corrélation énergie/position des électrons :
"Chirper" le faisceau s
Trajectoire dépendante de l'énergie :
- Ensemble de dipoles
- Les électrons situés à l'avant du paquet doivent
effectuer un trajet plus long que les électrons
situés à l'arrière
Racourcissement : s' = s + R56 δ ∆s=R56 δ
Rayonnement Synchrotron Coherent (CSR) :
Emission en phase de photons par plusieurs par-
ticules, puissance α N²
Trajectoire courbe : le rayonnement émis par les par-
ticules de tête peut agir sur les particules de queue.Compression - laser classique
Compression de 7 ps à 500 fs
Laser : canette, 20 ps
110 MeV avant la chicane
Chicane : 10 m, R56 = 0.2 m
Dégradation de l'émittance
2.0 totale d'un facteur 2
ε (π mm mrad)
1.5
Emittances
totale
1.0 slice
0.5
corrélée
0.0
Emittance corrélée
0 2 4 6 8 10 12
schicane(m) créée dans le compresseur
Emittance par tranche
ε (π mm mrad)
2
1 π mm mrad
1
0
0 20 40
Nslice(m)
M. Dohlus and T. Limberg, “CSRtrack”, http://www.desy.de/xfel-beam/csrtrack/index.htmlCompression - laser classique
Espace longitudinal - fin d'accélérateur
1.0
pz (MeV/c)
Energie 220 MeV, 0.5
Dispersion en énergie redressée
Courant crête 900 A
0.0
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4
s (m)
Non linéarités de la
force de charge d'espace
Mise en forme ellipsoïdale
du laserCompression - laser classique
Espace longitudinal - fin d'accélérateur
1.0
pz (MeV/c)
Energie 220 MeV, 0.5
Dispersée en énergie redressée
Courant crête 900 A
0.0
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4
s (m)
Non uniformités de la distribution
avant la chicane accentuées par le
CSR
Allongement de la durée
d'impulsion du laserCompression - Forme ellipsoïdale
En sortie du photoinjecteur
Amélioration des émittances
0.15
0.1
1.0
ε (π mm mrad)
0.05
slice
ps (MeV/c)
0.8
0
0.6 totale
-0.05
0.4
-0.1 0.2
corrélée
-0.15 0.0
0 2 4 6 8 10 12
-4 -2 0 2 4
schicane(m)
En sortie de l'accélérateur
1.0
0.8
canette Réduction des non linéarités
0.6
pz (MeV/c)
0.4
ellipsoïde
0.2
0.0
Forme en V résiduelle :
-0.2 diminution de l'effet du CSR?
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4
s (mm)Compression - Ellipsoïde - 25 ps
Espace longitudinal
0.2
pz (MeV/c)
Forme en "V" supprimée
0.0
20ps, elipsoïde
-0.2
-0.4 25ps, elipsoïde
-0.2 0.0 0.2
s (mm)
Compression optimisée :
- Ajustement des cavités
- Diminuer l'effet de la force de charge d'espace :
mise en forme ellipsoïdale du laser
- Diminuer l'effet du CSR :
augmenter la durée d'impulsion du laserInstabilités collectives
- Beam Break Up :
Oscillation de la position transverse avec une amplitude croissante
Effet de champ de sillage + faisceau hors axe
- Accélérateur linéaire :
Effet au sein d'un même paquet (tête/queue)
- Recirculation :
Effet paquet à paquet (tour à tour)
La position après une recirculation dépend du
moment transverse
x (t+tr) = T12 px (t)
Perte de faisceau au-delà d'un courant seuil de l'instabilité
Cas 1 recirculation à 1 GeV
Cas 2 recirculation à 2 GeV
Effet de l'énergie d'injectionFocalisation
2 GeV
1 GeV
LINAC 2 BC 2 LINAC 3
Accélération 100 MeV à 1 GeV
Accélération 1 GeV à 2 GeV
Déccélération 2 GeV à 1 GeV
Déccélération 1 GeV à 100 MeV
Triplet de quadrupole entre
Gf chaque cryomodule
constant k
Gi Gi Gradient adapté pour les
faisceaux de faible énergie :
Acceleration graded gradientUne recirculation à 1 GeV
Accélération Récupération d'énergie
1000
E (MeV)
500
0
Symétrie nécessaire
60
βx (m)
pour maximiser le seuil
40
βy (m)
de l'instabilité BBU :
β (m)
20
perte de 20 à 30 %
0
40 80 120 160 480 520 560
s (m) s (m)
Modification de la matrice de tranfert de l'arc :
50 mA au lieu de 30 mA en optimisant la longueur de l'arc
Gain jusqu'à 10 % en optimisant l'avance de phase le long de l'arcCourant seuil - Boucle à 1 GeV
1 nC, 1 MHz : 1 mA
1 nC, 100 MHz : 1 mA
de courant moyen
de courant moyen
100
I th (mA)
50
100 MHz
1 MHz
0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
-2
k (m )
Courant seuil de l'instabilité > au 100 mA possible sur une faible plage
courant moyen désiré de focalisation
le BBU ne limite pas le courant BBU limite le courant moyen
moyen
I. Bazarov et al., www. lns.cornelle.edu/~ib38Deux recirculations à 2 GeV
2000
E (MeV)
1000
Deux recirculations,
0 Injection à 100 MeV :
90 Diminution du seuil : 30 mA
βy (m)
βx (m)
β (m)
60
30
0
100 200 300 400 500
s (m)
Deux recirculations, injection à 10 MeV au lieu de 100 MeV :
Très nette diminution du seuil : 8 mA
Compenser l'instabilitéConclusion
Optimisation Optimisation
de la de
compression l'optique
- Linéarisation de la force de - Adaptation des gradients pour
charge d'espace des faisceaux de faible énergie
- Diminution du champ de sillage - Symétrie de l'optique, énergie
du CSR d'injection
Instabilités micropaquets Instabilités Beam Break UpVous pouvez aussi lire
