Gestion de la perte subite de faisceau à SuperKEKB

L’accélérateur SuperKEKB est une installation au Japon conçue pour faire entrer en collision des électrons et des positrons afin de produire un max de particules comme des mésons et des leptons. Il fonctionne avec deux composants principaux : le High Energy Ring (HER) et le Low Energy Ring (LER). SuperKEKB vise à atteindre des niveaux de Luminosité très élevés, ce qui est super important pour générer un maximum de données pour les expériences.

Mais atteindre ces niveaux de luminosité n'est pas sans défis. Un des gros soucis, c'est la perte soudaine de faisceau (SBL), où le faisceau de particules peut disparaître d'un coup, ce qui peut endommager les composants et les détecteurs de l'accélérateur. Ce phénomène peut entraîner des réparations coûteuses et des temps d'arrêt, ce qui freine les objectifs expérimentaux.

#Défis posés par la perte soudaine de faisceau

Les événements SBL sont une grosse préoccupation pour le fonctionnement de SuperKEKB. Ces événements peuvent endommager des composants importants, comme les Collimateurs, qui protègent les détecteurs des particules de faisceau indésirables. Quand ces composants sont abîmés, des réparations longues et coûteuses sont nécessaires, ce qui affecte l'efficacité globale de l'accélérateur.

On a remarqué un lien entre l'intensité du faisceau stocké et la fréquence des événements SBL. Quand l'intensité dépasse certains niveaux, le risque d'événements SBL augmente, ce qui complique encore plus les expériences en cours. Une fois qu'un événement SBL se produit, le processus de récupération peut prendre des heures, voire une journée, limitant la quantité de données à collecter et à analyser.

Pour l'instant, les causes exactes et les endroits des événements SBL ne sont pas clairs. Comprendre d'où viennent ces problèmes sera crucial pour développer des solutions pour les éviter à l'avenir.

#Le développement de l’enregistreur d’oscillation de bunch

Pour faire face aux défis posés par les SBL, les chercheurs ont créé un dispositif appelé l’enregistreur d’oscillation de bunch (BOR). Cet outil est conçu pour surveiller et enregistrer les positions des bunchs de particules en temps réel. Grâce à une technologie avancée appelée RFSoC (Système de Fréquence Radio sur Puce), le BOR peut capturer avec précision les données concernant les mouvements des bunchs de particules juste avant un abandon de faisceau.

Le BOR peut mesurer des déplacements de position avec une résolution impressionnante de 0,03 mm, ce qui le rend super efficace pour la surveillance du faisceau en temps réel. Ce dispositif a été placé stratégiquement autour des zones suspectées d'être sources d'instabilité, permettant l'analyse des événements SBL. Grâce à cette solution de surveillance innovante, un pas crucial a été fait pour identifier et traiter les problèmes qui contribuent à la perte soudaine de faisceau.

#Comment fonctionne l'enregistreur d'oscillation de bunch

Le BOR fonctionne en recueillant des données à partir des électrodes boutons placées à l'intérieur de la chambre à vide de l'accélérateur. Ces électrodes détectent la position des bunchs de particules pendant qu'ils traversent le système. Les signaux recueillis sont traités par des circuits intégrés dans le RFSoC, permettant une analyse détaillée du comportement du faisceau.

Le BOR enregistre les données de position des bunchs sur plusieurs tours avant un possible abandon de faisceau, donnant aux chercheurs une vue complète de l'état du faisceau. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour identifier des motifs et des déclencheurs qui pourraient mener à des événements SBL.

#Composants du système d'enregistreur d'oscillation de bunch

Le BOR est composé de différents éléments qui fonctionnent ensemble pour obtenir des mesures précises. Le dispositif utilise des circuits analogiques connectés à des tubes coaxiaux, qui aident à synchroniser le timing des signaux provenant des électrodes boutons. Les signaux passent par des filtres passe-bas pour éliminer le bruit haute fréquence, assurant que les données restent claires et précises.

Après filtrage, les signaux sont traités par un amplificateur avant d'être envoyés au RFSoC pour numérisation. Cette numérisation est cruciale pour convertir les signaux analogiques en un format facilement analysable. Le RFSoC lui-même est un outil avancé qui intègre plusieurs fonctions, y compris l'échantillonnage et le traitement, en une seule unité.

#Tests de l'enregistreur d'oscillation de bunch

Pour s'assurer que le BOR fonctionne correctement, les chercheurs ont réalisé des tests en utilisant des bosses de faisceau locales, qui consistent à ajuster délibérément la position du faisceau à l'aide d'aimants. Pendant ces tests, le BOR a mesuré avec précision la position de la bosse de faisceau, confirmant qu'il atteignait la résolution cible.

De plus, le BOR a été comparé à un détecteur existant capable de suivre les bunchs un par un pour valider ses performances. En induisant intentionnellement une instabilité du faisceau, les chercheurs ont pu observer comment les deux détecteurs réagissaient. Les résultats ont montré que le BOR suivait efficacement les changements de position des bunchs, confirmant sa fiabilité en tant qu'outil de surveillance.

#Observations d'événements de perte soudaine de faisceau

Avec le BOR en place, les chercheurs ont pu maintenant observer et enregistrer des événements SBL en temps réel. Les données collectées ont révélé divers motifs d'oscillation de position des bunchs et des pertes de charge correspondantes pendant ces événements. Par exemple, il a été noté que lorsque SBL se produisait, certains bunchs subissaient des décalages notables de position avant l’abandon du faisceau.

Ces observations sont cruciales pour les chercheurs, car elles fournissent les informations nécessaires pour établir des liens entre des comportements spécifiques dans le faisceau et les événements qui mènent à des SBL. Comprendre ces motifs pourrait éventuellement mener à des solutions pour atténuer le risque d'occurrences SBL à l'avenir.

#Étapes futures pour aborder la perte soudaine de faisceau

Bien que les résultats initiaux du BOR soient prometteurs, les chercheurs pensent qu'il est nécessaire de mener davantage d'investigations. La complexité des événements SBL indique qu'il faudra plusieurs moniteurs dans toute l'installation SuperKEKB pour capturer un plus large éventail de données. En répartissant des BOR supplémentaires dans différentes zones, les chercheurs peuvent acquérir une compréhension complète de comment et où ces événements sont déclenchés.

Dans les mois à venir, il est prévu d'élargir le déploiement des BOR basés sur RFSoC. En procédant ainsi, les chercheurs espèrent identifier plus efficacement les sources potentielles d'instabilité du faisceau et élaborer des stratégies pour réduire le risque de SBL.

#Conclusion

Le développement de l'enregistreur d'oscillation de bunch utilisant la technologie RFSoC marque une avancée significative dans les efforts continus pour relever les défis posés par la perte soudaine de faisceau à l'accélérateur SuperKEKB. Avec la capacité de surveiller les bunchs de particules en temps réel avec une grande précision, les chercheurs disposent maintenant d'un outil précieux pour analyser et comprendre les comportements menant aux événements SBL. Des observations et collectes de données continues seront vitales pour identifier les causes profondes des SBL, ouvrant la voie à des solutions qui amélioreront les performances et la sécurité de l'accélérateur. En étendant le déploiement des BOR dans toute l'installation, une image plus complète émergera, facilitant finalement des améliorations en luminosité et des résultats expérimentaux.