International Linear Collider Lutz Lilje Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 1
Übersicht • Was ist der ILC? – ILC = International Linear Collider • Kurze Beschreibung der Maschine – Reference Design Report • Aktuelle technische Entwicklungen/Tests – Z. B. Supraleitende Hochfrequenztechnik • Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung – Z. B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 2
Übersicht • Was ist der ILC? – ILC = International Linear Collider • Kurze Beschreibung der Maschine – Reference Design Report • Aktuelle technische Entwicklungen/Tests – Z. B. Supraleitende Hochfrequenztechnik • Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung – Z. B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 3
Was ist der ILC? • Supraleitender Linearbeschleuniger für Teilchenphysik mit Elektron-Positron. Kollisionen – Elektron-Positron-Kollisionen? • Prinzipiell sind sauberere Messungen möglich als z. B. bei Proton-Kollisionen bei LHC – Z. B. PETRA I mit der Entdeckung der 3 -Jet Ereignisse -> Gluonenabstrahlung! • Hoffnung auf Präzisionsmessungen am Higgs-Teilchen – Wenn‘s das denn wirklich gibt… – … aber das wird der LHC ja zeigen. – Supraleitender Linearbeschleuniger ? • War da nicht mal was Anderes !? !? !? Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 4
Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 5
Hadronische Ereignisse bei PETRA I Aus Sicht der Strahlachse Überwiegend 2 -Jet Ereignisse z. B. Quark-Antiquark-Erzeugung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz 3 -Jet Ereignis bei JADE aus der Sicht der Strahlachse Global Design Effort 6
Leichtes Higgs ? Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 7
ILC: Precision Higgs physics § Model-independent Studies • mass • absolute branching ratios • total width • spin • top Yukawa coupling • self coupling § Precision Measurements Garcia-Abia et al Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 8
ILC Requirements • Ecm adjustable from 200 – 500 Ge. V • Luminosity: ∫Ldt = 500 fb-1 in 4 years – Peak at max. energy of 2× 1034 cm-2 s-1 – Assume 1/g L scaling for <500 Ge. V • • Energy stability and precision below 0. 1% Electron polarization of at least 80% The machine must be upgradeable to 1 Te. V Two detectors – Single IR in push-pull configuration – Detector change-over in not more than 1 week Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 9
TESLA: Fortentwicklung zum ILC und XFEL • • Es gibt viel zu lesen: 1965 Vorschlag zu einem Linearcollider von M. Tigner • 2001 TESLA TDR mit integriertem XFEL – Aber auch Vorschläge für Linearcollider mit normalleitender Technologie • 2002 TDR Ergänzung für seperaten XFEL • 2004 Entscheidung für eine supraleitende Maschine (ITRP) – Eigentlicher Beginn des ILC Programms • • 2006 XFEL TDR 2007 ILC RDR Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 10
FLASH beschleunigt mit TESLA Technologie Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008 FLASH Free-Electron Laser in Hamburg 11
Übersicht • Was ist der ILC? – ILC = International Linear Collider • Kurze Beschreibung der Maschine – Reference Design Report • Aktuelle technische Entwicklungen/Tests – Z. B. Supraleitende Hochfrequenztechnik • Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung – Z. B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 12
ILC Layout e+ production e- e+ damping rings e+ pre-acceleration target e- transport line e- source + preacceleration e+ transport line undulator 2 -stage bunch compression e+ main linac e- main linac e+ beam dump IP and 2 moveable detectors 2 -stage bunch compression e- beam dump Total length: ~31 km Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 13
ILC Reference Design • • • Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort High-gradient R&D Industrialisation Mass-production 14
ILC Reference Design Positron production 150 Ge. V primary ebeam used to generate gammas via a helical undulator. Thin-target conversion into e+epairs Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz 1. 2 km insert into main SCRF linac Global Design Effort Additional “keepalive” independent thick-target source (10% nominal) 15
ILC Reference Design • 6. 4 km Damping Rings – e+ / e- • Located centrally – around Interaction Region (IR) – 10 m above IR plane • Both rings housed in same tunnel (stacked) Cockcroft institute, UK Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 16
ILC Reference Design • Beam Delivery System – Diagnostics – Beam halo collimation – Demagnification of the beam at the Interaction Point • Geometry laid out for Ecm ~ 1 Te. V – Not all magnets installed for 1 Te. V • ± 2. 2 km • Single interaction region SLAC – Push/pull detector concept assumed Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 17
Cost (VALUE) Estimate • Estimated cost (2007) ~6. 7 Billion ILCU* – 4. 87 BILCU shared – 1. 78 BILCU site-specific • 10, 000 person-years “implicit” labour Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 18
Cost (VALUE) Estimate 75% Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort Reduction of underground volume (tunnels, shafts, vaults) a primary target 19
Übersicht • Was ist der ILC? – ILC = International Linear Collider • Kurze Beschreibung der Maschine – Reference Design Report • Aktuelle technische Entwicklungen/Tests – Z. B. Supraleitende Hochfrequenztechnik • Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung – Z. B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 20
Technische Entwicklungen • FLASH, XFEL und ILC basieren auf TESLATechnologie – ILC profitiert von der Arbeit für den XFEL und FLASH • Industrialisierung • Betrieb mit gepulsten supraleitenden Cavities/Modulen bei FLASH – XFEL kann auch profitieren • Hochaufgelöste optische Inspektion in der Industriefertigung ? – Wird noch diskutiert • Es existieren aber auch sehr interessante Alternativen für den ILC – Ziel ist vorrangig Kosten zu reduzieren – Typischerweise sind dies auch Dinge, die für den XFEL • zu spät kommen • nicht ausreichend getestet wurden • … Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 21
FLASH ACC 3 Free-Electron Laser in Hamburg ACC 6 ACC 5 ACC 4 ACC 2 TTF 1 Beschleunigungsgradient ACC 1 (M 2*) nicht aufgeführt Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008 22
FLASH Free-Electron Laser in Hamburg Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008 23
9 m. A Experiment Alle RF Stationen mit 800 µs Flat-Top FLASH Free-Electron Laser in Hamburg FLASH Rekord • Lange Pulszüge mit 3 n. C pro Bunch: § 550 Bunche bei 1 MHz (3 m. A) § 300 Bunche bei 500 k. Hz § 890 Me. V Strahlenergie 550 Bunche bei 1 MHz, 3 n. C/Bunch, 890 Me. V Date Event • • Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008 Vorexperiment 3 m. A 6 k. W mittlere Leistung Ziel 2009: 36 k. W (9 m. A) 24
Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 25
TESLA cavity Z 110: #8 cell equator #8 equator, t=288 ~ 299 deg T-map data in test 2, 14. 2 MV/m t=292 deg Quench location #8 equator 250 ~ 300 deg 10 mm t=297 deg Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz group of beads(? ) with 10 mm wide were observed. Similar beads group were also observed 1 mm in Effort Global Designseveral places. see following slides. 26
TESLA cavity Z 111: #6 cell equator #6 equator, t=193 ~ 204 deg T-map data in test 2, 16. 0 MV/m t=198 deg 1. 5 mm Quench location t=199 deg #6 equator 175 ~ 225 deg group of beads(? ) with 1. 5 mm wide were observed. Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz 1 mm Global Design Effort 27
State-of-the-Art: Multi-cell Accelerating structures for XFEL and ILC XFEL Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort ILC 28
Alternative Developments for ILC • Cost reduction is a strong driving force for ILC – ~16000 cavities • New Material – Large-grain niobium Material – Less fabrication steps than standard material • New Shapes – ‘Low-loss‘ and ‘Re-entrant‘ – Could reduce power dissipation at cryogenic temperatures Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 29
Large Grain Material (JLab) Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 30
XFEL: Large Grain Multi-cell with EP Large-grain niobium material with etch (BCP) and electropolishing (EP) Behaviour similar to DESY observations on single-cells Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 31
Alternative Cavity Shapes Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 32
K. Saito et al. Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 33
60 mm-Aperture Re-Entrant Cavity Best Eacc = 59 MV/m Cornell-KEK Collaboration Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort H. Padamsee et al. WEPMS 009 34
Übersicht • Was ist der ILC? – ILC = International Linear Collider • Kurze Beschreibung der Maschine – Reference Design Report • Aktuelle technische Entwicklungen/Tests – Z. B. Supraleitende Hochfrequenztechnik • Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung – Z. B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 35
Minimum Machine Elements 1. Single-tunnel solution(s) 2. Klystron Cluster concept 3. Central region integration 4. Low beam power option 5. Single-stage compressor 6. Quantify cost of Te. V upgrade support 7. “Value engineering” Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 36
Main Linac Support Tunnel • RDR (two-tunnel) – Access to equipment during ops • Reliability/availability • Shallow sites – Cut and cover like solutions – “service tunnel” on the surface • Single tunnel – European XFEL-like solution • availability / reliability Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 37
Klystron Cluster Concept • RF power “piped” into accelerator tunnel • Removal of service tunnel • Access to klystrons maintained • R&D needed to show power handling SLAC Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort – Planned (SLAC, KEK) 38
Und in Zukunft? • Eine Realisierung des ILC hängt von vielen Dingen ab • LHC Ergebnisse – Energiebereich des ILC wird sicher von der Higgs-Masse abhängen, evt auch von SUSY-Teilchen • Entwicklung beim XFEL – Der XFEL ist etwa 1/20 des ILC und damit ein sehr guter Prototyp • Das gilt auch für die Erfahrung mit FLASH • Politischem Willen – Geldgeber: • Sehr unterschiedliche Signale in der USA und Japan – Hochenergiephysik: • Einbindung von CLIC soll auch die Geschlossenheit der Community deutlich machen Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 39
CLIC and ILC layouts ILC @ 500 Ge. V Date Event 40
Subjects with strong synergy Working Groups & Conveners CLIC ILC Physics & Detectors L. Linssen, D. Schlatter F. Richard, S. Yamada Beam Delivery System (BDS) & Machine Detector Interface (MDI) D. Schulte, R. Tomas Garcia E. Tsesmelis B. Parker, A. Seriy Civil Engineering & Conventional Facilities C. Hauviller, J. Osborne, V. Kuchler Positron Generation (new) L. Rinolfi J. Clarke Damping Rings (new) Y. Papaphilipou M. Palmer Beam Dynamics D. Schulte A. Latina, K. Kubo, N. Walker Cost & Schedule H. Braun, K. Foraz J. Carwardine, P. Garbincius, T. Shidara Date Event 41
Zusammenfassung und Ausblick • Der ILC ergänzt das Hochenergiephysikprogramm um Präzisionsmessungen • Im Rahmen des ILC-Programms wird die supraleitenden Cavity-Technologie weiter vorangetrieben (u. v. a. m. ) • Der XFEL und FLASH bieten sehr wertvolle Erfahrungen für die Weiterentwicklung des ILC • Die Zusammenarbeit zwischen ILC und XFEL ist von Vorteil für beide Projekte und wir sollten sie nutzen! Beschleunigerseminar 20. 11. 2008 Grömitz Global Design Effort 42
Скачать презентацию International Linear Collider Lutz Lilje Beschleunigerseminar 20 11
d4935eb774265403075a528bd6c933c8.ppt