Projet ANR-12-JS05-0003 – SP : Mesure de profil longitudinal de paquets d’électrons à un accélérateur à plasma
Programme : JCJC - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (JCJC SIMI 5)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Nicolas DELERUE (Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire, CNRS/IN2P3 et Université Paris-Sud)
Partenaires : Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
Montant : 429936.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Mesure de profil longitudinal de paquest d'électronsComment utiliser la radiation de Smith-Purcell pour mesurer et contrôler la longueur de paquets d'électrons
Un nouveau diagnostic pour les accélérateurs du futurLes accélérateurs à la pointe du progrès (les lasers à électron libre) et ceux du futur (les accélérateurs à onde de sillage) demandent un contrôle très précis de la longueur des paquets d'électrons. Nous développons un diagnostic capable de faire cela sans détruire le faisceau.
Radiation de Smith-Purcell cohérenteL'émission de radiation de Smith-Purcell cohérente se produit quand un paquet d'électrons suffisamment court passe prés d'un réseau avec une période suffisamment courte. Cette radiation encode le profile longitudinal du paquet d'électrons. Un ensemble de détecteurs placés autour du faisceau permet de détecter cette radiation et de l'utiliser pour pour extraire des informations sur le profile longitudinal du faisceau.
Résumé de la soumission : La radiation de Smith-Purcell offre la possibilité de mesurer des éléments similaires à la transformée de Fourier du profil longitudinal de paquets d’électrons très courts. Cette information peut être utilisée pour reconstruire le profil longitudinal de paquets d’électrons. La mesure d’un tel profil est très importante pour la mise au point de nouveaux accélérateurs tels que les pilotes de Laser à Electrons Libre ou les accélérateurs à plasma. Lors des dernières conférences la communauté a reçu nos derniers résultats avec beaucoup d’intérêt.En s’appuyant sur ces résultats nous proposons d’effectuer une étude systématique de la radiation de Smith-Purcell pour valider les prédictions théoriques et les simulations numériques dans les conditions expérimentales d’un accélérateur. Ces études nous permettrons de construire un moniteur de radiation de Smith-Purcell pour mesurer en un tir les composantes en longueurs d’ondes du profil longitudinal de paquets d’électrons ultra-courts. Une autre tâche s’attèlera à reconstruire le véritable profil longitudinal.Pour maximiser nos chances de succès nous procéderons par étapes, de l’environnement le plus facile au plus difficile. Nous commencerons par une étude systématique à la fin du LINAC de SOLEIL où nous aurons facilement accès à un grand nombre d’impulsions. Ces impulsions auront une longueur de plusieurs picosecondes et la radiation de Smith-Purcell émise sera donc dans une plage de longueurs d’onde (millimétriques) où il est facile de construire des composants optiques dans un atelier de mécanique tel que celui du LAL. Les résultats de ces études nous permettrons de construire un moniteur de profil longitudinal en un tir pour ces paquets d’électrons picosecondes qui sera testé au même endroit.Cette étape sera suivie par une étude sur SPARC à Frascati (Italie) où nous aurons accès à des impulsions plus courtes (et de longueur ajustable). Les tests à SPARC permettront d’étudier en détail la radiation de Smith-Purcell dans la gamme de plusieurs centaines de femtosecondes, amenant à la construction d’un moniteur de profil en un tir adapté à cette longueur.En parallèle nous continuerons nos tests sur FACET au SLAC (USA). Ces tests qui ont déjà commencé nous permettront d’explorer la gamme de la petite centaine de femtosecondes et à des énergies beaucoup plus grande. Grâce à ces tests et aux connaissances accumulées à SPARC et SOLEIL nous construirons un moniteur de profil en un tir adapté à FACET.Profitant de l’expérience accumulée à SOLEIL, SPARC et FACET nous serons prêt à affronter l’environnement beaucoup plus difficile d’un accélérateur à champ de sillage dans un plasma induit par un laser. Nous y construirons un moniteur de profil en un tir pour atteindre notre but ultime : la mesure du profile longitudinal d’une impulsion d’électrons produite par un accélérateur à plasma. Contrairement aux mesures précédentes effectuées sur des accélérateurs conventionnels cette mesure sera confrontée à de larges fluctuations de tir à tir et la nature en un tir de notre moniteur sera donc primordiale. Il est important de rappeler qu’une telle mesure longitudinale en un tir n’a jamais été effectuée sur un accélérateur à plasma induit par un laser. Cela apportera donc une nouvelle dimension dans l’étude de ces accélérateurs.Au fil du projet nous aurons utilisé une gamme de longueur d’onde facile pour poser des fondations solides pour ce moniteur et nous aurons ensuite progressé par étape de complexité croissante en longueur d’onde et en environnement pour finalement réaliser des mesures très difficiles. Le livrable final sera un moniteur en un tir de profil longitudinal adapté aux accélérateurs à plasma mais en plus nous aurons conçus des moniteurs intéressant nos partenaires à SOLEIL (pour LUNEX5) et SPARC (pour leur pilote de LEL et leur accélérateur à plasma) et nous aurons établis au LAL un groupe reconnu internationalement sur le thème des diagnostics pour les accélérateurs à plasma.
Résultats : Lors de notre prise de données en avril nous avons demander 3 réglages longitudinaux différent de l'accélérateur et nous avons clairement vu que le profile était différent pour chacun d'eux. Nous avons aussi comparé notre technique avec un autre diagnostic longitudinal disponible (mais destructif). les profils obtenus sont très ressemblant.
Perspectives : Construire un système de mesure de profile longitudinal en un seul tir.
Publications et brevets : 1 séminaire, 4 contribution à des conférences, 1 publication en cours de rédaction