Accélérateurs et R D pour les Collisionneurs Linéaires e e-

Accélérateurs et R&D pour les Collisionneurs (Linéaires) e+e- 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

ILC : projet de collisionneur supraconducteur • Après la recommandation de l’ITRP, acceptée par l’ICFA, le prochain collisionneur linéaire e+e- sera supraconducteur (f. RF basse, longue impulsion, rendement élect. ) • Les projets TESLA, NLC et JLC s’intègrent dans le projet mondial ILC avec le calendrier présumé: – – – Mi 2006 : Conceptual Design Report (APS) Fin 2007 : Technical Design Report (APD) 2008 : Décision internationale et choix du site 2009 : Démarrage de la construction 2015 : Fin de la construction, 2016 : Premières collisions !! 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

ILC : cahier des charges La conception du collisionneur e+e- doit être revue (la recommandation de l’ITRP porte sur la technologie et NON sur la conception du projet TESLA) pour les paramètres principaux: • Energie : Ecm = 500 Ge. V avec une montée prévue à 1 Te. V • Luminosité : ∫Ldt = 500 fb-1 sur 4 ans, soit L ≈ 2 1034 cm-2 s-1 • Polarisation : P électrons = 80%, au démarrage P positrons ~ 50%, dans une étape ultérieure • Précision : meilleure que 10 -3 en énergie • Région d’interaction : 1 + 1 compatible avec des collisions 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

R&D ILC : Conception générale Exemple du dessin US (G. Dugan, et al) • Ecm = 500 Ge. V pour Eacc = 28 MV/m • Ecm = 1 Te. V pour Eacc = 35 MV/m • Tunnels + 1 Région d’interaction sans aimant de courbure : compatible avec un collisionneur multi-Te. V (grossissement d’émittance E 6/ ) 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

(référence 2001) 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

• Simplification – L’électrochimie des cavités évite le recuit par passage au four 1400°C – Superstructures : 1 coupleur pour 2 cavités • Industrialisation – Klystrons : concurrence industrielle – Coupleurs de puissance 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Klystrons : 10 MW × 1. 3 ms multi-faisceaux THALES 13 octobre 2004 CPI O. Napoly, La Colle sur Loup TOSHIBA 1

Cavités TESLA électro-polies : atteignent Eacc > 35 MV/m , Q 0 = 5 e 9 2 W/m à 2 K 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Supra-conducteurs Hauts Tc et Hauts Hc : Nb 3 Sn ou Mg. B 2 (Tajima, LANL) 2 2 56 99 2 81 en supposant Hsh / Eacc= 40 Oe/(MV/m) à l’équateur Nb 3 Sn permettrait une montée en énergie s 1→ 1. 7 Te. V à 2 K Mg. B 2 permettrait une montée en énergie s 1→ 1. 4 Te. V à 4, 2 K et une montée en luminosité (plus grand cycle utile) à 20 K Défis principaux: • procédés de fabrication (dépôts, Mg. B 2 solide ou composite) • dissipation due à la résistance résiduelle Rres (cf. cavités Nb/Cu) • champ Epic sur les iris 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Ti 0. 5 X 0 Onduleur hélicoïdal (Cornell) 53% polarisation Collaboration E 166 : SLAC, DESY, Cornell, Princeton, U. Tennessee Démarrage : Oct. 2004 ! 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

‘Dog-bone’ : n = 17 Les anneaux d’amortissement sont des ‘mille-feuilles’ qui replient n-fois le train de paquets de 300 km (1 ms) de long pour le stocker dans la circonférence C = 300 km / n Défi Pincipal : les ‘kickers’ d’injection et d’extraction doivent agir sur 1 paquet sur n temps de montée et descente < 337 ns ÷ n ( 20 ns) • Aimants pulsés rapides : DESY • Déflecteurs RF : INFN • Aimants : Cornell 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Structures accélératrices ‘chaudes’ à haute fréquence 30 GHz 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Avantages attendus des grandes fréquences RF (1987): • Puissance moyenne dissipée 1/f. RF 3/2 • Champ électrique de claquage f. RF 1/2, loi de Kilpatrick (‘total voltage effect’ ? ? ) • Champ de capture de courant de paroi f. RF Meilleur résultat à ce jour en terme de faisceau accéléré 30 GHz: • E = 60 MV en moyenne sur 1. 4 m (5 structures de 28 cm) • Eacc= 59 MV/m dans la meilleure structure obtenu sur CTF 2 en 2000 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Facteur limitant : claquage RF qui engendre la fusion et l’érosion des surfaces RF, et la dégradation définitive des structures RF Question : comment empêcher l’énergie RF de se propager dans la structure ? Réponse du SLAC : structures à onde stationnaires (vg=0) structures courtes @ 120 MV/m 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

R&D CLIC : Structures hauts gradients Test 30 GHz / CTF 2: Eacc=193 MV/m, 30 ns, Mo L=10 cm Cu 13 octobre 2004 W Mo Second Test 11. 4 GHz / NLCTA (SLAC) : Eacc= 65 MV/m, 100 ns , Mo O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Nouveau dessin de Structure RF : • en 4 blocs • Esurfmax < 380 MV/m → iris Mo • Tmax < 56 K (Hsurfmax) → corps Cu. Zr • Impulsion RF 60 ns (au lieu de 130 ns) Cu Cu. Zr Défi majeur : le mode de fabrication : Mise en oeuvre du Mo : fritté, forgé, coulé, quelle pureté ? Mode d’assemblage Mo / Cu. Zr Traitement thermique Usinage 3 D µm: tour, électroérosion Traitement de surface 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

R&D CLIC : Génération de puissance RF 39 m 78 m 312 m 150 A 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

R&D CLIC : CTF 3 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

CTF 3/WP 4: faisceau diagnostic 200 Me. V + instrumentation: position, intensité, énergie, émittance, z D’après le DAPNIA : WP 4 nécessite 40 h a et 2 MCHF Mise en route 2008, 1éres expériences d’accélération en 2009 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Programme du 6ème PCRD 2004 - 2008 Approuvé : 15 M€ subvention EU Coordination : Roy Aleksan R&D Collisionneurs : SRF : technologie linac supra PHIN : photo-injecteurs ELAN : activité de réseau 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

EUROTe. V : R&D hors Techno. Linac Programme du 6ème PCRD Approuvé : 9 M€ subvention EU Coordination : DESY + CERN Durée : 2005 - 2007 INFN CCLRC CERN RHUL IN 2 P 3 -LAPP 13 octobre 2004 DESY O. Napoly, La Colle sur Loup CCLRC 1

Programmes Européens du 6ème PCRD CARE et EUROTe. V CARE/SRF 2004 -2007 CARE/ELAN 2005 -2008 CARE/PHIN 2004 -2007 France : 46 h a 5 M€ (EU: 1. 3 M€) Europe : 217 h a 9 M€ (EU : 5 M€) France : 70 pers. Europe : 382 pers. 0, 7 M€ (EU + CH) France : 36 h a 3, 1 M€ (EU: 1, 2 M€) Europe : 88, 5 h a 6 M€ (EU: 3, 5 M€) Euro. Te. V 2005 -2007 TESLA Test Facility France : 56 h a CLIC Test Facility 3, 5 M€ (EU: 1, 4 M€)* France : 16 ↑ 40 h a Europe: 327 h a (39%UK) 29 M€ (EU: 11, 2 M€)* * Données financières à la soumission 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Effort français sur CARE/SRF WP 1 Coordination : LAL (8 h m) WP 5 Electropolissage : DAPNIA (85 h m) WP 7 Coupleurs : LAL (258 h m) WP 8 Systèmes d’accord : DAPNIA (16 h m), INPO (24 h m) WP 10 Tests CRYHOLAB : DAPNIA (66 h m), IPNO+LAL (36 h m) WP 11 Moniteur de position : DAPNIA(58 h m) 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Effort français sur CARE/PHIN WP 1 WP 2 WP 3 WP 4 Coordination : LAL (3 h m) Photo cathode : LAL (32 h m), LOA (60 h m) LASER : LAL (51 h m) Canon : LAL (207 h m), LOA (78 h m) 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Effort français sur EUROTe. V (2005 -2007) WP 1 WP 2 WP 5 WP 6 WP 7 Coordination : LAPP (6 h m) Optique BDS + Quadripôle Nb 3 Sn : DAPNIA (69 h m) Polarimétrie : LAL (336 h m) Interface détecteur-machine : LAL (96 h m) Alignement et stabilisation : LAPP (169 h m) 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Effort français sur TTF 2 • Electronique pour Sécurité différentielle : 1 ing. + 1 techn. (DAPNIA) Les modes dipolaires permettent de centrer le faisceau à 50 µm près dans les cavités 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Conclusions du Groupe de Travail « Collisionneurs e+e- » (P. Bambade, G. Wormser, Y. Karyotakis, T. Garvey, W. Kozanecki, P. Lutz, O. N. ) • • • S’insérer dans le concert européen (EU, ELCSG, ECFA) et international. Impliquer les labos français dans l’aventure scientifique du projet ILC Soutenir la R&D pour un collisionneur multi-Te. V 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1

Conclusions personnelles Les deux voies de recherche pour des collisionneurs multi-Te. V, basées sur de nouveaux matériaux: ILC : Supra hauts Tc et hauts Hc (Nb 3 Sn, Mg. B 2) CLIC : Structures 30 GHz (Mo+Cu. Zr) 1) sont spéculatives et peuvent déboucher sur une impasse, 2) demanderont des études sur une dizaine d’années Elles méritent d’être étudiées en parallèle. Elles sont dans la compétence des labos français. 13 octobre 2004 O. Napoly, La Colle sur Loup 1