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Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz
1
Projet de machine Compton à rayons gamma (Circulateur)
Dans le cadre de
Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics – Gamma Source
(ELI-NP-GS)
14/10/2013
2
En Roumanie, à Magurele :
physique nucléaire basée sur les lasers
à partir d’une source gamma intense, et de
lasers haute puissance.
En Hongrie, à Szeged :
dynamique extrêmement rapide des électrons à l’échelle des
attosecondes + recherches sur les lasers ultra-intenses.
En République Tchèque, à Prague :
faisceaux énergétiques ultra-courts
à partir d’accélérateurs laser-plasma compacts.
Les 3 « piliers » d’ELI
14/10/2013Journées Accélérateurs 2013 - Kevin Dupraz
ELI-Beamlines
ELI-Attosecond
ELI-NP
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3
Source Gammas
2 Lasers 10PW
ELI-NP
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Principe de production des γDiffusion Compton Collimation
Sélection en énergie
θ (mrad)
Eγ (k
eV)
Ee = 50 MeV
Laser gamma : Eγ = f(θ)
(scattered electron)
qElectron
Ee
ϕ
EL
λ = 1 μm λ = 0.5 μm
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Applications des rayons quasi-monochromatiques X/γ
Applications basses energies:• Médicale : radiographie & radiothérapie• Muséologie• Sciences des matériaux• Cristallographie
Applications de la fluorescence nucléaire• Physique nucléaire• Sureté nucléaire• Gestion des déchets nucléaires
Ee > 1GeV
γ > 100 MeV
Ee~20-100MeV
X ray ~10-100keV
Ee ~100-500MeV
γ > 1MeV
Eγ,
max
(MeV
)
Ee (MeV)
Applications hautes énergies• Polarimètre ComptonLEP mesure d’énergie• Laser wire• Collisionneur gg• Source de positrons polarisés
ELI-NP
ThomX
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Spécifications de la source γ pour ELI-NP
Energies γ (Eγ) : 0.2 – 19.5 MeVLargeur spectrale (ΔE/E) : 0.5%Densité spectrale (flux) : 5000 γ/(s.eV)Polarisation linéaire : 95%
Þ LINAC multi-bunch à 100Hz +
circulateur optique
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Design général de la source γ
2 points d’interactions : 1 lasers 200mJ Yb@515nm (3.5ps) par point
d’interactionLINAC hybride bandes S et C (~100 – 720 MeV)
Ee ≈ 280 MeV
Ee ≈ 600 MeV
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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
Þ Angle d’incidence constant (pour une faible largeur spectrale)
Angle d’incidence Puissance laser Waist (ω0) au point d’interaction Nombre de passages
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DesignDesign du circulateur Parallélisme des paires de
miroirs à face parallèles ω0 ↑ => flux ↓
flux ↓ ϕ ↑ =>
Nb passages ↑ => flux ↑
Þ Optimisation
=> 32 passages, φ = 7.54°
Flu
x γ/
(s.e
V)
Flux
Flu
x re
lati
f
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Simulations effectuées sous Matlab et Code V
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Alignement
Action sur l’alignement
Tilts de l’injection (M0) Tilts + déplacement d’un miroir
parabolique (M2)=> N° degrés de liberté = 7
Alignement global du système = superposition des 32
passages
Algorithme d’alignemen
t
Dis
tan
ce m
oyen
ne
au
bar
ycen
tre
(µm
)
Flux relatif
Flu
x re
lati
f
Tolérances (μrad, μm)
Pré-alignement à
20 μrad,μm
Système aligné
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SynchronisationAction sur la
synchronisationRotation des paires de
miroirs à faces parallèles (MPS)
Synchronisation des pulses laser avec les paquets d’électrons
Flu
x re
lati
f
Δt (fs)
Δt = 200 fs => 1% de pertes
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Performances
Gain total du circulateur par rapport à un simple passage (toute pertes comprises) ≈ 30
Simulation réaliste de l’algorithme d’alignement Þ maximisation du flux
Flux relatif
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Conclusion
Nouveau système optique développé en collaboration avec les entreprises ALSYOM et AMPLITUDE
Performances requises atteignablesFlux > 5000γ/(s.eV)Polarisation linéaire > 99%Largeur spectrale < 0.5%
dépôt du dossier début OctobreÞ Attente de la réponse
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Merci pour votre attention
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Système de synchronisation et d’alignement
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Polarisation
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