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Projet de machine Compton à rayons gamma ( Circulateur )

Projet de machine Compton à rayons gamma ( Circulateur ). Dans le cadre de Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source (ELI-NP-GS). Les 3 « piliers » d’ELI. En République Tchèque , à Prague : faisceaux énergétiques ultra-courts

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Projet de machine Compton à rayons gamma ( Circulateur )

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Presentation Transcript

  1. Projet de machine Compton à rayons gamma (Circulateur) Dans le cadre de Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source (ELI-NP-GS) Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  2. Les 3 « piliers » d’ELI EnRépublique Tchèque, à Prague : faisceaux énergétiques ultra-courts à partir d’accélérateurs laser-plasma compacts. ELI-Beamlines En Roumanie, à Magurele : physique nucléaire basée sur les lasers à partir d’une source gamma intense,et de lasers haute puissance. ELI-NP EnHongrie, à Szeged : dynamique extrêmement rapide des électronsà l’échelle des attosecondes + recherches sur leslasers ultra-intenses. ELI-Attosecond Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  3. ELI-NP 2 Lasers 10PW Source Gammas Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  4. Principe de production des γ • Diffusion Compton • Collimation • Sélection en énergie EL Ee = 50 MeV λ = 1 μm λ = 0.5 μm ϕ Laser gamma : Eγ = f(θ) Eγ(keV) q Electron Ee (scatteredelectron) θ (mrad) Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  5. γ > 100 MeV γ >1MeV Ee> 1GeV Ee ~100-500MeV Applications des rayons quasi-monochromatiques X/γ ELI-NP Eγ,max(MeV) ThomX X ray ~10-100keV Ee (MeV) • Applications hautes énergies • Polarimètre Compton • LEP mesure d’énergie • Laser wire • Collisionneur gg • Source de positrons polarisés • Applications basses energies: • Médicale : radiographie & radiothérapie • Muséologie • Sciences des matériaux • Cristallographie Ee~20-100MeV • Applications de la fluorescence • nucléaire • Physique nucléaire • Sureté nucléaire • Gestion des déchets nucléaires Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  6. Spécifications de la source γ pour ELI-NP • Energies γ (Eγ) : 0.2 – 19.5 MeV • Largeur spectrale (ΔE/E) : 0.5% • Densité spectrale (flux) : 5000 γ/(s.eV) • Polarisation linéaire : 95% • LINAC multi-bunch à 100Hz + circulateur optique Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  7. Design général de la source γ • 2 points d’interactions : • 1 lasers 200mJ Yb@515nm (3.5ps) par point d’interaction • LINAC hybride bandes S et C (~100 – 720 MeV) Ee ≈ 600 MeV Ee ≈ 280 MeV Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  8. Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  9. Système optique : circulateur Principe du circulateur Paramètres « libres » pour optimiser le flux de γ • 2 miroirs paraboliques • Pas d’aberrations • Paires de miroirs à faces parallèles (MPS) à chaque passage • Synchronisation indépendante passage par passage • Changement de plan d’interaction à chaque passage • Angle d’incidence constant (pour une faible largeur spectrale) • Angle d’incidence • Puissance laser • Waist (ω0) au point d’interaction • Nombre de passages Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  10. Design Simulations effectuées sous Matlab et Code V Design du circulateur Parallélisme des paires de miroirs à face parallèles Flux relatif • ω0↑ => flux ↓ flux ↓ • ϕ ↑ => Nb passages ↑=> flux ↑ • Optimisation Flux γ/(s.eV) Flux => 32 passages, φ = 7.54° Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  11. Alignement Alignement global du système = superposition des 32 passages Action sur l’alignement • Tilts de l’injection (M0) • Tilts + déplacement d’un miroir parabolique (M2) => N° degrés de liberté = 7 Flux relatif Pré-alignement à 20 μrad,μm Distance moyenne au barycentre (µm) Tolérances (μrad, μm) Système aligné Algorithme d’alignement Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz Flux relatif

  12. Synchronisation Synchronisation des pulses laser avec les paquets d’électrons Action sur la synchronisation • Rotation des paires de miroirs à faces parallèles (MPS) Flux relatif Δt = 200 fs=> 1% de pertes Δt (fs) Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  13. Simulation réaliste de l’algorithme d’alignement maximisation du flux Performances • Gain total du circulateur par rapport à un simple passage (toute pertes comprises) ≈ 30 Flux relatif Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  14. Conclusion • Nouveau système optique développé en collaboration avec les entreprises ALSYOM et AMPLITUDE • Performances requises atteignables • Flux > 5000γ/(s.eV) • Polarisation linéaire > 99% • Largeur spectrale < 0.5% • dépôt du dossier début Octobre • Attente de la réponse Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  15. Merci pour votre attention Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  16. Système de synchronisation et d’alignement Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

  17. Polarisation Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

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