Nouvelle ligne de faisceau FEBE améliore les opportunités de recherche

Le Compact Linear Accelerator for Research and Applications (CLARA) est une installation qui produit des faisceaux d'électrons ultra-brillants pour divers types de recherche et d'applications. Situé au STFC Daresbury Laboratory au Royaume-Uni, CLARA offre une opportunité unique de tester différentes technologies et méthodes dans des domaines comme le traitement médical et l'accélération avancée de particules. Dans le but de rendre cette installation encore plus utile, une nouvelle ligne de faisceau appelée Full Energy Beam Exploitation (FEBE) est en cours de conception et de construction. Cette ligne de faisceau permettra aux chercheurs d'accéder à des faisceaux d'électrons de 250 MeV et de mener une large gamme d'expériences.

#Objectifs de FEBE

L'objectif principal de FEBE est de fournir un espace où les chercheurs peuvent réaliser des expériences en utilisant des faisceaux d'électrons de haute qualité. Ces faisceaux sont essentiels pour de nombreuses applications innovantes, y compris :

1. Applications médicales : Les chercheurs étudient l'utilisation des électrons à haute énergie pour des thérapies contre le cancer.
2. Technologie d'Accélérateur Avancée : Cela inclut le test de nouvelles méthodes pour accélérer des particules à l'aide de lasers et d'autres techniques.
3. Expériences de Faisceau de Particules : Ce domaine de recherche se concentre sur la manière dont les faisceaux de particules peuvent être manipulés et utilisés dans diverses applications.

En raison de l'intérêt croissant de la communauté scientifique, FEBE comportera des espaces dédiés aux expériences, garantissant que les chercheurs puissent réaliser leur travail sans perturber les opérations principales de l'accélérateur.

#Conception de la Ligne de Faisceau FEBE

La ligne de faisceau FEBE sera construite parallèlement à une zone initialement prévue pour un autre projet. Cette nouvelle configuration est conçue pour maximiser l'accès utilisateur au Faisceau d'électrons tout en maintenant la sécurité et la stabilité. La disposition intègre de grandes chambres expérimentales pour accueillir diverses expériences.

#Caractéristiques Clés de la Conception

1. Zones Expérimentales Dédiées : La conception inclut une zone blindée qui permet aux chercheurs d'accéder aux chambres expérimentales sans arrêter l'accélérateur. Cette caractéristique minimise le temps d'arrêt et assure un fonctionnement stable pendant les expériences.

2. Configuration Flexible : Les chambres expérimentales seront conçues pour accueillir plusieurs types d'expériences, y compris celles nécessitant un contrôle précis sur le faisceau d'électrons.

3. Intégration de Laser Haute Puissance : La ligne de faisceau permettra également de combiner des faisceaux d'électrons avec des lasers puissants. Cela est particulièrement utile pour des expériences avancées en accélération de particules et en thérapies médicales.

#Vue d'Ensemble Technologique

La version actuelle de CLARA peut produire des faisceaux d'électrons avec une énergie maximale de 250 MeV. Avec l'installation de nouveaux composants, les chercheurs auront accès à des faisceaux d'électrons plus puissants pour leurs expérimentations. La configuration existante inclut :

• Un photoinjecteur qui génère des paquets d'électrons.
• Plusieurs modules d'accélération qui augmentent l'énergie de ces faisceaux d'électrons.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de mettre à niveau le photoinjecteur avec un nouveau système capable de fonctionner à un rythme de répétition plus élevé, permettant ainsi des expériences plus fréquentes.

#Chambres Expérimentales

La disposition de FEBE comporte deux grandes chambres expérimentales, que l'on appellera FEC1 et FEC2. Ces chambres permettront aux scientifiques de mener diverses expériences, des applications médicales à la recherche fondamentale en physique.

1. FEC1 : Cette chambre accueillera des expériences qui pourraient nécessiter une intégration avec des lasers haute puissance. La lumière laser sera combinée avec le faisceau d'électrons pour des configurations expérimentales uniques.

2. FEC2 : Cette chambre pourra être utilisée pour des expériences de suivi et des diagnostics, capturant les résultats de FEC1 ou réalisant des expériences séparées.

#Importance des Paramètres de Faisceau

Pour des expériences réussies, la qualité des faisceaux d'électrons est cruciale. Les chercheurs nécessitent des paramètres spécifiques pour les faisceaux d'électrons, incluant :

• Haute Charge : Cela fait référence à la quantité de charge électrique transportée par un paquet d'électrons.
• Courtes Durées de Paquet : La durée pendant laquelle le paquet d'électrons existe est significative pour de nombreuses expériences.
• Petite Taille Transverse : La taille du paquet d'électrons dans les directions perpendiculaires à son mouvement doit être minimisée pour améliorer l'interaction avec des cibles, comme les lasers ou les détecteurs de particules.

En s'assurant que ces paramètres soient respectés, FEBE soutiendra une vaste gamme d'expériences et d'applications.

#Types d'Expériences et leurs Exigences

FEBE vise à soutenir différents types d'expériences, qui aideront à faire avancer la connaissance et la technologie dans divers domaines.

#Techniques d'Accélération Innovantes

Un domaine spécifique d'intérêt est la recherche sur de nouvelles formes d'accélération de particules. Cela inclut :

1. Accélération Plasmatique : Les chercheurs veulent comprendre comment utiliser le plasma pour accélérer les électrons. Les paquets d'électrons peuvent soit entraîner le plasma, soit être davantage accélérés par des lasers.
2. Accélération par Réseau de Structures : Cela implique d'utiliser des structures spécialement conçues qui interagissent avec les paquets d'électrons pour augmenter leur énergie.

Pour ces expériences, la capacité à créer des faisceaux avec une énergie élevée et des propriétés spécifiques est essentielle.

#Applications Médicales

Un autre domaine important de concentration est l'application des faisceaux d'électrons dans les thérapies médicales. L'objectif est d'explorer comment des électrons à haute énergie peuvent être utilisés pour traiter des maladies comme le cancer grâce à des techniques comme la thérapie Very High Electron Energy (VHEE). Cela nécessite la capacité de réaliser une irradiation précise des cibles.

#Génération de Radiation et Expériences de Faisceau de Particules

FEBE facilitera des expériences impliquant la génération de radiation et la manipulation de faisceaux de particules. La flexibilité des chambres expérimentales permettra aux chercheurs de tester diverses configurations et installations.

#Dynamique de Faisceau et Simulation

Avant que la nouvelle ligne de faisceau ne soit pleinement opérationnelle, de nombreuses simulations et tests seront réalisés pour s'assurer que les paramètres de faisceau attendus sont atteints.

#Simulations de Début à Fin

Les simulations suivront le comportement du faisceau d'électrons depuis le début de son parcours à travers le photoinjecteur jusqu'au point où il sort de la ligne de faisceau FEBE. Ces simulations sont cruciales pour :

• Vérifier que les paramètres de faisceau répondent aux spécifications requises.
• Optimiser les réglages pour différentes configurations nécessaires à diverses expériences.

En utilisant des logiciels de suivi de particules, l'équipe analysera comment les paquets d'électrons se comportent dans différentes conditions. Cela inclut l'analyse d'aspects comme les effets de charge d'espace, qui peuvent déformer le faisceau.

#Systèmes de Diagnostic et de Surveillance

Pour soutenir les différentes expériences, la ligne de faisceau FEBE inclura des systèmes de diagnostic avancés. Ces systèmes aideront à surveiller et à vérifier les propriétés des faisceaux d'électrons.

#Composants Diagnostiques Clés

1. Moniteurs de Position de Faisceau : Ces dispositifs garantissent que le faisceau d'électrons est correctement aligné dans la configuration expérimentale.

2. Spectromètres d'Énergie : Ils mesurent l'énergie des paquets d'électrons, permettant aux chercheurs de s'assurer qu'ils fonctionnent aux niveaux d'énergie corrects.

3. Systèmes de Mesure d'Émittance : Ces systèmes évalueront la qualité des paquets d'électrons. Des faisceaux de haute qualité sont cruciaux pour de nombreuses expériences et applications.

4. Systèmes de Mesure de Charge : La mesure précise de la charge du paquet d'électrons est nécessaire pour divers dispositifs expérimentaux, en particulier ceux nécessitant une faible charge.

#Diagnostics Non-Invasifs

Le système de diagnostics est conçu pour minimiser les perturbations du faisceau d'électrons pendant les mesures. Les diagnostics non-invasifs permettront aux chercheurs d'analyser les propriétés du faisceau sans affecter les expériences en cours.

#Système Laser et Son Rôle

La ligne de faisceau FEBE incorporera également un système laser haute puissance. Ce laser permettra aux chercheurs de réaliser des expériences nécessitant à la fois un faisceau d'électrons et de la lumière laser interagissant simultanément.

#Spécifications du Laser

Le système laser prévu produira des impulsions avec une puissance de pointe de 100 TW et une durée d'impulsion d'environ 25 femtosecondes. De telles spécifications font du laser un outil idéal pour des applications en accélération plasmatique et d'autres expériences innovantes.

#Transport du Laser

Pour amener la lumière laser dans les chambres expérimentales, un système de transport soigneusement conçu sera mis en œuvre. Ce système maintiendra l'intégrité du faisceau laser et assurera une livraison efficace aux points d'interaction avec le faisceau d'électrons.

#Chronométrage et Synchronisation

Pour garantir des interactions réussies entre le faisceau d'électrons et le laser, un chronométrage et une synchronisation précis sont critiques. La conception de la ligne de faisceau FEBE inclut un système de chronométrage bien coordonné qui garantit que les paquets laser et d'électrons arrivent aux points d'interaction aux moments appropriés.

1. Horloge Optique : Une horloge optique stable servira de référence pour le chronométrage, permettant une synchronisation de haute précision.

2. Systèmes de Synchronisation : Plusieurs sous-systèmes travailleront ensemble pour garantir que les faisceaux laser et d'électrons fonctionnent en harmonie.

#Gestion du Vide

Maintenir un environnement sous vide est crucial pour le bon fonctionnement de la ligne de faisceau FEBE. La conception inclut des systèmes pour gérer les conditions de vide tout en permettant de la flexibilité pour expérimenter avec différents gaz lorsque cela est nécessaire.

1. Restrictions d'Aperture : Celles-ci aideront à contrôler le flux de gaz, garantissant un environnement propre pour le faisceau d'électrons.

2. Surveillance et Ajustement : La surveillance continue des conditions de vide permettra d'ajustements rapides pour maintenir des performances optimales.

#Conclusion

La construction de la ligne de faisceau Full Energy Beam Exploitation (FEBE) est une étape significative vers l'avancement des capacités de recherche à l'installation CLARA. En offrant un accès à des faisceaux d'électrons de 250 MeV et en maintenant un environnement expérimental flexible, FEBE permettra aux chercheurs d'explorer de nouvelles technologies et applications dans les traitements médicaux, l'accélération de particules et la recherche fondamentale en physique.

Alors que l'installation et la mise en service de FEBE progressent, la communauté scientifique attend avec impatience les opportunités uniques que cette nouvelle ligne de faisceau présentera. Un appel ouvert pour les utilisateurs est prévu une fois la phase de mise en service terminée, ouvrant la voie à des expériences innovantes et à des découvertes majeures dans les années à venir.