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Projet de machine Compton à rayons gamma ( Circulateur )

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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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Presentation Transcript
projet de machine compton 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)

Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

les 3 piliers d eli
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

eli np
ELI-NP

2 Lasers 10PW

Source Gammas

Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

principe de production des
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

applications des rayons quasi monochromatiques x

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

sp cifications de la source pour eli np
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

design g n ral de la source
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

syst me optique circulateur
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

design
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

alignement
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

synchronisation
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

performances
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

conclusion
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

merci pour votre attention
Merci pour votre attention

Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz

syst me de synchronisation et d alignement
Système de synchronisation et d’alignement

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polarisation
Polarisation

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