Dynamique du faisceau dans RX2

1. Dynamique du faisceau dans RX2 Nicolas Pichoff CEA-DIF/DPTA/SP2A/LFPA

2. Minimise la dispersion en énergie 0,9 m 2,5 m 12,5 m -js +js -js +js Photo-injecteur Cryomodule Cavités Solénoïde Cible Structure du linac Source intense de rayonnement X Charge d’un paquet : 200 nC Nombre de paquets : 20 Fréquence des paquets : 352,2 MHz Energie finale : 40 MeV

3. Dynamique du premier paquet Codes : TraceWIN/PARTRAN Distribution initiale : 2 MeV, Water-bag Dimension du faisceau sur la cible (DFC) : 340 µm

4. 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.

5. 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.

6. 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

7. 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.

8. 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.

9. 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.