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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 1 Dynamique longitudinale
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  • Lacclration Lacclrateur doit fournir de lnergie cintique aux particules charges et donc augmenter le momentum des particules. Pour ceci, nous avons besoin dun champ lectrique E, de prfrence dans la direction du momentum Acclrateur lectrostatique Gain: n.e.V Limite: V G = V i Dcharges ! Prfrable dutiliser des champs RF ! Teachers Programme D. Brandt 2 Intro aux Acclrateurs
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  • Champs acclrateurs RF: Structure Wideroe Synchronisme: L = vT/2 Lorsque la vitesse des particules augmente, la longueur des tubes augmente! Efficacit. Teachers Programme D. Brandt 3 Intro aux Acclrateurs
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  • Linac basse nergie Structure linaire utilise au CERN Teachers Programme D. Brandt 4 Intro aux Acclrateurs
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  • Cavits rsonnantes (1) La frquence de rsonance de la cavit est adapte a la frquence du gnrateur RF. RF Teachers Programme D. Brandt 5 Intro aux Acclrateurs
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  • Cavits rsonnantes (2) Gomtrie plus sophistique pour amliorer les performances de la cavit. Nez: E autour de laxe Arrondi: pertes, multipacting Teachers Programme D. Brandt 6 Intro aux Acclrateurs
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  • Cavits RF: LEP "NC" LHC "SC" Teachers Programme D. Brandt 7 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 8 Acclration ou compensation Nous devons donner de lnergie aux particules soit pour les acclrer soit pour compenser les pertes survenues pendant une rvolution. Lnergie nest pas fournie par des plaques lectrostatiques, mais par des cavits RF. La particule idale doit arriver exactement au mme moment dans la cavit aprs chaque tour (particule synchrone). V t Equilibre: f RF = h. f rev f rev = (1/2 ). (q/m ). B Energie et champ magntique sont lis ! S2S2S2S2 S1S1S1S1
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 9 Particules off momentum V t t0t0t0t0 t1t1t1t1 t2t2t2t2 Particule idale arrive t 0 V = V 0 o.k. p/p > 0 chemin plus long arrive en retard, t 2 V 2 0 chemin plus long arrive en retard, t 2 V 2 < V 0 p/p V 0 p/p V 0 Particule synchrone
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  • Les paquets de particules (bunches): Le systme RF groupe les particules en paquets Avec f RF = h. f rev, il y a donc la possibilit davoir "h" paquets de particules dans la machine. RF phase Momentum LHC: h= 35640 f RF = 400 MHz f RF = 400 MHz V RF = 16 MV V RF = 16 MV 2808 paquets par faisceau Teachers Programme D. Brandt 10 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 11 La radiation synchrotron
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 12 Radiation synchrotron U 0 Particules charges en mouvement dans un champ magntique (courbure) mettent de la radiation synchrotron ! Perte dnergie: eU 0 = A. 4 / avec = E/E 0 = m/m 0 et m 0 est la masse au repos m 0 proton = 0.938 GeV/c 2 m 0 electron = 0.511 MeV/c 2 (m o-p /m o-e ) 4 = (1836) 4 10 13 ColliderB (T)E/beam (GeV) eU 0 (GeV) LEP (e + e - )0.121001960002.92 LHC (p-p)8.3700075000.00001
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  • Cette puissance est bien relle ! L. Rivkin CAS-Trieste2005 Teachers Programme D. Brandt 13 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 14 La performance
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  • Collisionneur: la luminosit dN/dt = L x [1/s] = [1/(cm 2.s)] x [cm 2 ] L = N 1.N 2.f.k/(4.. x. y ) avec: N 1,2 = Nombre de particules par paquet (1.15 10 11 ) f = frquence de rvolution (11.245 kHz) k = nombre de paquets (2808) x,y = dimension horizontale et verticale du faisceau (17 m) Taille du faisceau ! Teachers Programme D. Brandt 15 Intro aux Acclrateurs = < 10 -39 cm 2 L = 10 34 L = 10 34 1/(cm 2.s)
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  • Performance optimale: Intensit maximale (N 2 ) Intensit maximale (N 2 ) Nombre de paquets Nombre de paquets Diminuer la taille du faisceau diminuer la fonction ! Diminuer la taille du faisceau diminuer la fonction ! Cration de rgions spciales autour des expriences: Cration de rgions spciales autour des expriences: Les Insertions ! Les Insertions ! Teachers Programme D. Brandt 16 Intro aux Acclrateurs
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  • Les insertions: Interrompre la structure priodique de larc en un endroit donn. Interrompre la structure priodique de larc en un endroit donn. Insrer une section droite avec lexprience au milieu. Insrer une section droite avec lexprience au milieu. Chaque section droite est compose de: Chaque section droite est compose de: un suppresseur de dispersion (quelques diples et quadruples) un suppresseur de dispersion (quelques diples et quadruples) une section de quadruples pour fortement focaliser le faisceau une section de quadruples pour fortement focaliser le faisceau Teachers Programme D. Brandt 17 Intro aux Acclrateurs
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  • Les insertions du LHC Teachers Programme D. Brandt 18 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 19 Fonction dans le LHC
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 20 Collisionneur haute nergie de base:
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 21 Les effets collectifs
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  • Les effets multi-particules Conducteur parfait: E s = 0 M. Ferrario CAS Baden 2005 Teachers Programme D. Brandt 22 Intro aux Acclrateurs
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  • Le concept dimpdance Z L ( ) Si le conducteur nest pas parfait, ou, pire encore, si b const. L d b Es 0 => il y a une interaction entre le faisceau et la paroi ! M. Ferrario CAS Baden 2005 Teachers Programme D. Brandt 23 Intro aux Acclrateurs
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  • Impedance Z( ) Pire des cas: changements abrupts de la section de la paroi: Le faisceau perd de lnergie (chauffement), mais les champs e.m. induits peuvent galement interagir avec ce mme paquet ou sur les paquets suivants: => Instabilits! M. Ferrario CAS Baden 2005 Teachers Programme D. Brandt 24 Intro aux Acclrateurs
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  • Champs induits dans les cavits RF M. Ferrario CAS Baden 2005 Champs e.m. induits dans les cavits RF pendant le passage dun paquet. Ces champs peuvent agir en retour soit sur le paquet lui-mme, ou, soit sur les paquets suivants. paquet Teachers Programme D. Brandt 25 Intro aux Acclrateurs
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  • Impedance Z( ) Choix des matriaux utiliss est vital. Eviter tout changement non-impos de la gomtrie. Si des changements de sections sont invitables, utiliser des transitions douces ( 15 ). Bien videmment : I max 1/Z( ) donc : Teachers Programme D. Brandt 26 Intro aux Acclrateurs
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  • LHC beam-Screen Sans cette couche supplmentaire de cuivre, lintensit nominale prvue pour le LHC ne pourrait pas circuler dans la machine! Teachers Programme D. Brandt 27 Intro aux Acclrateurs
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  • Limpdance transverse Z T ( ) Dans certains cas, il est possible dutiliser une relation trs utile entre limpdance longitudinale et limpdance transverse: Z T ( ) = (2R/b 2 ). |Z L ( )/n| Source de discussions animes entre les physiciens des acclrateurs, les concepteurs daimants, les experts du vide et les responsables du financement du projet ! [ /m] Teachers Programme D. Brandt 28 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 29 Les applications
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  • Les applications domestiques Votre tlviseur est un petit acclrateur ! Teachers Programme D. Brandt 30 Intro aux Acclrateurs
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  • PET Tomography University Hospital Geneva Light Ion Cancer Therapy Gantry at PSI, Villigen (CH) Les applications mdicales Teachers Programme D. Brandt 31 Intro aux Acclrateurs
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  • Teachers ProgrammeIntro aux Acclrateurs D. Brandt 32 Les Acclrateurs au CERN
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  • Acclrateurs dans le monde (2002) Basic and Applied ResearchMedicine High-energy phys.120Radiotherapy 7500 S.R. sources50Isotope Product. 200 Non-nuclear Res.1000Hadron Therapy 20 Industry Ion Implanters7000 Industrial e- Accel.1500Total: 17390 Courtesy: W. Mondelaers JUAS 2004 Teachers Programme D. Brandt 33 Intro aux Acclrateurs
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  • Quelques petites questions Le LHC et la majorit de ses composants reprsentent un rel dfi technologique. Pourquoi navons-nous pas opt pour des solutions plus conventionnelles ? Pourquoi un collisionneur? Quelle serait lnergie ncessaire pour un acclrateur travaillant en cible fixe? Cible fixe: synchrotron RF Teachers Programme D. Brandt 34 Intro aux Acclrateurs
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  • Quelques petites questions Pourquoi des aimants supraconducteurs ? En utilisant des aimants rsistifs (max. 2 T) pour le mme domaine dnergie, quelles seraient les dimensions de la machine ? Pourquoi p p ? p + - p - : intensit p - atteignable luminosit p + - p - : intensit p - atteignable luminosit e + - e - : radiation synchrotron pertes par tour ! e + - e - : radiation synchrotron pertes par tour ! Teachers Programme D. Brandt 35 Intro aux Acclrateurs
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  • Pour votre prochaine visite Merci beaucoup pour votre attention ! Teachers Programme D. Brandt 36 Intro aux Acclrateurs

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