Journées Accélérateurs 2023 de la SFP

3 oct. 2023, 18:00 → 6 oct. 2023, 14:00 Europe/Paris

Station Biologique de Roscoff

Les Journées Accélérateurs de la Société Française de Physique (SFP) sont organisées tous les deux ans par la division Accélérateurs de la SFP.

Les journées sont un moment privilégié pour rassembler l’ensemble de la communauté Accélérateurs française en un même lieu pour présenter l’état de l’art des accélérateurs.

Ces journées ne seraient possibles sans les support financiers du CNRS, CEA, CEA-DAM, IN2P3, ESRF, SOLEIL, P2I et de l'association PIGES.

Le site web de la division accélérateurs de la SFP est accessible à l'adresse: http://accelerateurs.sfpnet.fr/

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Cette conférence bénéficie d'une aide de l'État au titre de France 2030 (P2I-Graduate School Physique) portant la référence ANR-11-IDEX-0003.

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Affiche_Journees_Accelerateurs_2023.pdf

JA2023_agenda_detail.pdf

PLAN-ACCES-Station biologique Roscoff.pdf

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mardi 3 octobre

18:00 Accueil + Enregistrement

19:30 Diner

mercredi 4 octobre

Officiel

1 Présentation de la SFP

Orateur: Vincent Le Flanchec (CEA DAM)

2 Introduction des Journées 2023

Orateur: Vincent Le Flanchec (CEA DAM)

Ouverture Journées Accélérateurs 2023.pdf

Projets en cours

3 Nouveau GDR sur les accélérateurs

Un Groupement De Recherche (GDR), dédié aux activités de R&D sur les accélérateurs de particules menées en France, sera créé à l’automne 2023. Il a pour mission principale de mener l’animation scientifique de la discipline pour promouvoir la recherche sur les accélérateurs. Il vise également à encourager les jeunes dans notre communauté. De contour national, ce GDR s’adresse à l’ensemble des laboratoires français et se propose notamment d’organiser des rencontres pour échanger sur les R&D menées au niveau national ainsi que des ateliers sur des thématiques spécifiques, telles que le calcul ou l’instrumentation de faisceau. Des actions de communication générales sont également prévues.

Orateur: Maud BAYLAC (CNRS)

GDRaccel-Roscoff23-Baylac.pdf

4 150 ans de la SFP - Exposition accélérateurs

Orateur: Dr Nicolas Delerue (IJCLab, CNRS et Université Paris-Saclay)

20231004_Roscoff_SFP_150ans_accelerateurs.pdf

Site web de l'exposition

5 Démarrage de l’accélérateur ThomX

ThomX est un projet de source de rayons X compacte basée sur la diffusion Compton. Le dispositif consiste en un linac accélérant des électrons à 50 MeV, un anneau de stockage de 18 m de circonférence où les électrons interagissent avec des photons stockés dans une cavité Fabry-Pérot et une ligne de lumière conçue pour la caractérisation des rayons X produits.
Lors de cette présentation nous présenterons les résultats obtenus depuis le démarrage de la machine ainsi que certaines difficultés rencontrées

Orateur: Dr Nicolas Delerue (IJCLab, CNRS et Université Paris-Saclay)

2023020_ThomX_Roscoff.pdf

6 Première année d'exploitation de SPIRAL2

La première année de fonctionnement de SPIRAL2 s'est achevée avec succès ! Après l’accélération des faisceaux $H^{+}$, $^{4}He^{2+}$ et $D^{+}$ jusqu'aux paramètres nominaux, les faisceaux $^{18}O^{6+,7+}$ et $^{40}Ar^{14+}$ ont été accélérés jusqu'à $7~MeV/A$ (demande $S^{3}$).
La présentation expose les méthodes utilisées pour régler les regroupeurs et les cavités supraconductrices dans différentes situations, décrit les outils développés pour le réglage du linac, tels que les changements d'énergie et d'intensité du faisceau, ainsi que pour le suivi du fonctionnement. Elle rappelle aussi les principaux défis et développements techniques des systèmes cryogéniques, RF et d'arrêt du faisceau dans la LME, avant de résumer à la fin les principaux résultats et statistiques de cette première année.

Orateur: Angie Karina Orduz (CEA/GANIL)

GANIL-SPIRAL2-AKO-2023-ROSCOFF.pdf

GANIL-SPIRAL2-AKO-2023-ROSCOFF.pptx

09:50 Pause + installation posters

Projets futurs

7 L’accélération diélectrique : vers des accélérateurs compacts à fort courant crête ?

L'un des défis majeurs des accélérateurs est la réduction de l'encombrement des installations, ainsi que des coûts d'investissement et d'exploitation de l'infrastructure complexe, tant pour la physique fondamentale que pour des applications sociétales comme la santé. En effet, les traitements par radiothérapie de type flash ont besoin de nouveaux accélérateurs d’électrons médicaux (∼250 MeV) pouvant être installés sur des bras robotisés dans un environnement hospitalier. Or, la réduction de la taille des accélérateurs est actuellement limitée par des effets de claquage dans les structures Radiofrequence, qui causent des dommages aux composants de l'accélérateur. Plusieurs stratégies sont à l'étude pour augmenter le gain d'énergie par mètre et réduire la taille d'un accélérateur comme l’accélération avec des lasers de puissances ; soit dans un milieu gazeux comme les schémas d'accélération laser-plasma (LPA), soit un milieu solide comme l’accélération diélectrique.

Pour répondre à ces besoins, le projet TWAC est financé par l’union européenne pour développer une nouvelle structure accélératrice diélectrique, qui permettrait, à moyen terme, de démocratiser l'accès à des paquets d'électrons à l'échelle de la femtoseconde pour l'étude des phénomènes ultrarapides, tout en réduisant l’encombrement. Cet accélérateur léger et compact, pour lequel nous proposons de franchir les barrières technologiques actuelles, ouvrira la voie vers des accélérateurs compacts avec un gradient de gain d'énergie de plus de 100 MeV/m et élargira l'accès temporel dans l'environnement médical (études précliniques et clinique).

Orateur: Christelle Bruni (LAL)

Roscoff-TWAC-2023_v0.pdf

8 Le projet DESIR

Le projet DESIR consiste en la construction d’une plateforme d’accueil d’expériences réalisées avec des faisceaux d’ions radioactifs de très basse énergie. Implantée sur le site du GANIL (Grand Accélérateur d’Ions Lourds, INB 113) à Caen, elle exploitera les noyaux radioactifs produits dans les installations existantes SPIRAL1 et SPIRAL2-S3 du GANIL puis, plus tard, ceux issus des futures installations de production du site.
Le projet DESIR est porté par un consortium international regroupant des laboratoires français (dont 6 unités du CNRS) et étrangers. DESIR sera une installation unique et polyvalente intégrant des techniques de préparation des faisceaux d’ions novatrices (purification, piégeage, polarisation par lumière laser) combinées avec des dispositifs de mesure hautement efficaces dans l’objectif d’étendre, dans ce domaine, les études du noyau atomique. Les recherches seront principalement axées sur la physique nucléaire, l’astrophysique nucléaire et la physique des interactions fondamentales. Une attention particulière sera portée également à la valorisation industrielle des développements techniques mis en œuvre pour mener à bien ces recherches.
Actuellement en phase travaux de construction, elle verra ses infrastructures livrées à l'horizon 2025 puis mettra à disposition des expérimentateurs ses premiers faisceaux radioactifs en 2027.

Orateur: Franck VARENNE (GANIL)

20231004_ROSCOFF_Projet DESIR_V1.pptx

9 GANIL for the next decades (NewGAIN (C. Peaucelle) - Future (H. Franberg Delahaye))

This presentation will cover the New GAINproject and the next decades :

The first extracted beams used for experiments at GANIL were 40 years ago. This paved the way for successful studies of exotic nuclei at GANIL.
In the 2000s, the SPIRAL1 facility granted access to post-accelerated radioactive ISOL type beams. Less than 20 years later, the new SPIRAL2 facility provides beams for physics at NFS and promises to supply beams to S3 and DESIR in the near future. These state-of-the-art installations present unique opportunities. In addition to the nuclear physics community, various interdisciplinary research fields are actively explored.
In 2020 the French community actively participated in national prospective that produced the "French roadmap for Nuclear, Particle, and Astroparticle physics, along with associated technical developments and applications." The future of GANIL was given particular focus and was extensively discussed during the subsequent "Mission SPIRO." Four major objectives were identified.
Currently, we are initiating a preliminary project to define possible scenarios that address the aforementioned objectives. The upcoming SFP accelerator meeting will provide a unique opportunity to discuss these objectives with the French community.

Le projet NEWGAIN (NEW GAnil INjector) a pour objet l’étude et la construction au GANIL d’un second injecteur d’ions lourds avec des A/Q jusqu’à 7 sur SPIRAL2. Cette future extension permettra de délivrer avec SPIRAL2 des faisceaux intenses allant des protons à l’uranium. L’injecteur NEWGAIN repose sur 2 sources d’ions ECR (dont la source d’ions lourds PHOENIX V3 déjà existante), deux lignes basse énergie, un RFQ et une ligne moyenne énergie (LME) pour rejoindre la LME existante et connectée au LINAC de SPIRAL2. Dans cet exposé, le design global retenu du futur injecteur sera présenté ainsi que les exigences et spécifications générales. Les principales caractéristiques des composants principaux de NEWGAIN seront également décrites.

Orateurs: Christophe PEAUCELLE (LPSC/CNRS), Dr Hanna FRANBERG DELAHAYE (GANIL-Caen)

Roscoff SFP franberg peaucelle.pptx

Session doctorants: Matin

10 Mesures d’émittance d’un faisceau stable de basse énergie produit à ALTO-LEB

La plateforme de recherche ALTO au laboratoire de physique des 2 infinis Irène Joliot Curie (IJCLab) est dédiée à diverses recherches en physique nucléaire, en astrophysique nucléaire et à des activités interdisciplinaires. La partie basse énergie d’ALTO (ALTO-LEB) peut produire des faisceaux stables ou des faisceaux radioactifs par photofission à 30 keV. L’ionisation au sein de la source se fait par ionisation de surface ou par ionisation laser.
Afin de caractériser la source d’ALTO-LEB et pouvoir étudier le transport du faisceau dans les lignes de transfert jusqu’à la nouvelle ligne du spectromètre de masse à base de pièges de Penning (MLLTRAP), une campagne de mesures d’émittance a été effectuée pour un faisceau stable produit par ionisation de surface. Les premiers résultats d’analyse de données seront présentés.

Orateur: Sophie Morard

Morard_Sophie.pdf

11 Evolution de la source X Compton Inverse d’ELSA et simulation de son compresseur double alpha

Une source de rayons X par effet Compton Inverse est en cours de développement sur l'accélérateur d'électrons ELSA. Les paquets d'électrons de 30 MeV interagissent avec un laser Nd:YAG, émettant des rayons X dans la gamme d'énergie de 10 à 80 keV. Des améliorations sont en cours d’implémentation au niveau du laser grâce à un système CPA (Chirped Pulse Amplification) et à une refonte du système de recirculation du faisceau laser au point d'interaction. Des simulations sont réalisées pour optimiser le transport du faisceau d’électrons jusqu'au point d'interaction. Une attention particulière est accordée à la modélisation du compresseur magnétique composé de deux aimants alpha. L'impact de la charge d'espace dans ces aimants sur la qualité du faisceau pour des paquets de charge élevée (>1 nC) est discuté. Une argumentation sur le choix des codes de simulation appropriés, tenant comptes des hypothèses de calculs, est proposée. Un code de traitement a par ailleurs été développé pour passer du référentiel du laboratoire au référentiel de la particule de référence, afin de calculer l'espace des phases et l'émittance du paquet, même en présence d'une trajectoire fortement courbée.

Orateur: Abel Pires (CEA)

Pires_Abel.pdf

12 Intelligence artificielle appliquée à l’accélérateur supraconducteur SPIRAL2

Des études d’application de l’intelligence artificielle pour l’accélérateur linéaire supraconducteur SPIRAL2 sont menées au GANIL, en collaboration avec les laboratoires CEA/DSBT et IN2P3/LPSC. L’objectif est de fiabiliser le fonctionnement de l’accélérateur, et d’augmenter ainsi la disponibilité du faisceau. Tout d’abord, l’attention est portée sur les systèmes radiofréquence et cryogénique des cryomodules. Ceux-ci sont modélisés afin de générer des séries temporelles multivariées par simulation. Par la suite, ces ensembles de données seront utilisés par des algorithmes d’apprentissage automatique pour détecter et classer des anomalies dans les séries temporelles issues du système d’acquisition de l’accélérateur (EPICS). Des observateurs virtuels, basés sur des réseaux de neurones profonds, sont également étudiés afin de prédire la charge thermique perçue par le bain d’hélium. L’accomplissement final de ce projet serait l’intégration réussie au contrôle commande de l’accélérateur. Le poster décrit l’organisation mise en place et les premiers résultats obtenus.

Orateur: Charly Lassalle (Université de Caen Normandie / GANIL)

Lassalle_Charly.pdf

13 Etude instrumentale sur ThomX

ThomX est un projet de Source Compton Compacte, visant une production à haut flux de rayons X. Il est mené au laboratoire IJCLab, à Paris-Saclay. Le commissioning de l’anneau de stockage est en cours depuis septembre 2022 et les premiers rayons X ont été observés fin juin. Lors de cette présentation, je montrerai quelques résultats liés à l’étude de la différence entre la fréquence naturelle de l’anneau et sa fréquence nominale. Je présenterai aussi des analyses autour de l’instrumentation. L’une sur le bruit instrumental des ICT (Integrated Current Transformer) et coupelles de Faraday afin de comprendre la fluctuation de charge observée tir à tir. Une autre sur les signaux des moniteurs de pertes de l’anneau (fibres disposées sur les arcs), diagnostique important pour comprendre les difficultés de stockage dans l’anneau.

Orateur: Lisa Soubirou

Soubirou_Lisa.pdf

13:00 Déjeuner

Session doctorants: Après-midi 1

14 Onduleur bi périodique: élément d’insertion innovant pour SOLEIL II

L’Upgrade du Synchrotron SOLEIL a pour objectif de modifier l’anneau actuel pour garantir de meilleures performances spectrales aux scientifiques, en réduisant considérablement l’émittance du faisceau d’électrons. La grande quantité d’éléments magnétiques servant à focaliser et guider le faisceau entraîne une réduction importante de la longueur des sections droites dédiées aux éléments d’insertion. L’onduleur bipériodique se pose comme une solution technique permettant de combiner dans un espace réduit deux périodes magnétiques et de couvrir une large gamme spectrale. Le design consiste en une superposition d’aimants permanents agencés de façon à sélectionner une période magnétique ou sa valeur triple en effectuant un déplacement longitudinal des aimants. L’étude des performances magnétiques et spectrales de ce design innovant et compact, basée sur la construction d’un prototype, sera présentée en incluant les mesures et les corrections de champ magnétique. Le prototype sera installé sur l’anneau de stockage pour pouvoir étudier théoriquement et expérimentalement l’impact sur la dynamique du faisceau d’électrons et les performances spectrales réelles.

Orateur: Angela Potet (Synchrotron Soleil)

Potet_Angela.pdf

15 Conception du lattice et optimisation de l'optique faisceau de la machine PERLE

PERLE est un projet d'installation de type LINAC à récupération d'énergie (ERL) de nouvelle génération opérant à un régime de puissance de 10 MW. Il s'agit d'une plateforme pour la validation du développement de la technologie ERL pour les futurs collisionneurs aux frontières en énergie et en intensité. Les défis de conception de PERLE et ses paramètres de faisceau en font un banc d'essai pour valider le fonctionnement ERL multi-tours à courant élevé pour le LHeC.

Ce travail fait partie de l'étude de conception de ce projet. La structure de PERLE est présentée et les résultats de conception des quadrupôles et des dipôles sont discutés. Les études de la conception optimisée de l'aimant "B-com", utilisé pour étendre/combiner les trois faisceaux, sont également présentées. L'aimant B-com est optimisé pour un angle de flexion de $30^o$ avec un contenu harmonique de $0.036\%$. Des études sur le désalignement optique et les erreurs de champ sont également présentées.

Orateur: Rasha Abukeshek (BIMP-IJCLab)

Abukeshek_Rasha.pdf

16 Dépôt de couches minces antimultipacting à base de TiN pour une application dans les accélérateurs de particules.

Afin d'améliorer les performances des composants présents dans les accélérateurs de particules, nous avons choisi de développer une approche matériaux avec des revêtements innovants limitant l’émission électronique secondaire des composants et des parois des accélérateurs de particules. Les revêtements réalisés sont à base de TiN (TiOxNy, TiN, TiNxCy) et des multicouches, à base de NbN et TiN, ont également été élaborées. Les méthodes de dépôt qui ont été privilégiées sont l’ALD (Atomic Layer Deposition), la PEALD (Plasma Enhanced ALD) et la PVD (Physical Vapor Deposition). Ces techniques de dépôts en phase vapeur permettent d’obtenir des films minces de quelques nanomètres d’épaisseur. Dans ce cadre, nous allons présenter les résultats obtenus pour les différents types de revêtements : tout d’abord les caractérisations physiques (mesure 4 pointes) et physicochimiques, puis les rendements d’émission d’électrons secondaires obtenus en fonction du conditionnement sous faisceau d’électrons.

Orateur: yanis pisi (CNRS/IJCLab)

Pisi_Yanis.pdf

Industriels

17 Introduction de la session

Orateur: Samuel Meyroneinc (Institut Curie)

1_Introduction session industriels.pdf

18 Bergoz Instrumentation

Bergoz-Présentation.pdf

19 Jema

23.09.22 - Jema - Corporate Présentation JA Roscoff 2023.pdf

20 Metrolab

Metrolab Company Presentation 2023.pdf

21 Omega Physics

OMEGA PHYSICS - Pres FR 3 slides 2023.pdf

22 Pantechnik

Pantechnik - Gl pres - 2023 10.pdf

23 SEF Technologies

Presentation SEF 06 2023 .pdf

24 Thales

Thales - Journées accélérateurs 2023.pdf

25 Association PIGES

PIGES - Journées accélérateurs 2023.pdf

26 Alsymex

ALCEN ALSYMEX - Journées Accélérateurs Roscoff 2023 - Oct 2023.pdf

15:45 Pause

Session doctorants: Après-midi 2

27 Modélisation réaliste du laser dans le cadre de l'accélération laser-plasma d'électrons

La modélisation de l’accélération laser-plasma dans le régime non-linéaire nécessite une description précise du faisceau laser. Lors d’une expérience d’accélération d’électrons injectés par ionisation dans une cellule de gaz, réalisée en salle longue focale de l’installation APOLLON pendant la phase de qualification, des mesures de fluence laser dans le volume focal ont permis de mettre en évidence l’impact d’une asymétrie du profil transverse sur les propriétés du faisceau d’électrons.
Une méthode rapide de reconstruction du champ électrique, inspirée de l’algorithme Gerchberg-Saxton, a été développée et appliquée sur ces images de fluence. Le champ électrique obtenu est implémenté en entrée de simulations PIC.
Dans ces simulations faites avec FBPIC [1], l’implémentation d’un profil laser Laguerre-Gauss reproduisant la fluence expérimentale permet d’obtenir un très bon accord entre le spectre énergie – angle des électrons et les mesures faites lors de l’expérience. Des diagnostics numériques ont été faits pour comparer les simulations avec un profil laser Laguerre-Gauss réaliste et celles avec un profil laser Gaussien symétrique.

[1] Physics of Plasmas 30, 053109 (2023)

Orateur: Ioaquin Moulanier (LPGP)

Moulanier_Ioaquin.pdf

28 Modèle numérique de substitution pour le développement d’une source d’électron laser-plasma

La conception de la cible plasma pour l'expérience PALLAS repose sur des études numériques (Particle In Cell ) PIC ainsi que des simulations de dynamique des fluides et d’un banc d'essai expérimental équipé de diagnostics du profil de densité du plasma. Le banc d’essai possède également un spectromètre permettant d’évaluer les différentes espèces qui constituent le plasma. L’espace des paramètres à explorer pour l’optimisation des paramètres du faisceau d’électrons est vaste et fortement couplé. L’utilisation de méthode numérique d’exploration et d’optimisation peut permettre de surmonter cette difficulté [1].
Nous présenterons la réalisation d'un modèle numérique élaboré par technique d’apprentissage profond de la source d’électrons de PALLAS, basé sur 15000 simulations effectuées pour les paramètres d'entrées suivant : L’intensité du laser, le profil de densité de la cible et la distribution des espèces. Ces études paramétriques ont été réalisées avec le code PIC Smilei [2] en utilisant une décomposition en mode azimutal et l'approximation d’enveloppe, avec un faible nombre de particules par cellule [3]. Sur la base de ces données de simulations, nous avons construit des modèles d’apprentissage automatique (GP, réseau neuronal et arbres de décision) avec une validation croisée KFolds [4] afin de limiter le surapprentissage. Le modèle de substitution est ensuite utilisé pour sonder rapidement l'ensemble des paramètres d'intérêt, prédire l'optimum et interpréter les relations entre les paramètres. L'objectif de ces études est d'aider à la conception de la cible plasma et de déterminer les points de travail de l'injecteur laser-plasma pour une énergie, une charge, une émittance et une divergence de faisceau spécifique.

Orateur: Gueladio Kane (IJCLAB)

Kane_Gueladio.pdf

29 PALLAS une ligne de test pour l’accélération laser-plasma

Les très forts gradients accélérateurs atteignables dans un plasma font de la recherche autour des accélérateurs laser-plasma un axe d'intérêt majeur et ce notamment pour de potentielles applications compactes de sources de lumière ou même de collisionneurs. Cependant, même si de nombreux progrès ont été accomplis, des efforts importants sont encore nécessaires pour produire des faisceaux d'électrons qui atteignent des standards de qualité et de stabilité qui se rapprochent de ceux établis par les accélérateurs Radio-Fréquence.
Le projet PALLAS, élaboré dans le cadre d’EuPRAXIA, est une installation test qui cherche à reduire cet écart. Pour ce faire, le projet s'articule autour de trois axes de recherche clés: le contrôle avancé du laser, le développement autour des cibles plasma (cellules de gaz) ainsi que la manipulation des faisceaux d'électrons produits. Le travail présenté porte sur les efforts déjà réalisés et la stratégie envisagée pour la ligne de test de PALLAS, notamment sur les questions liées aux fortes divergence, dispersion en énergie et variations tir-à-tir.

Orateur: Coline Guyot

Guyot_Coline.pdf

30 Mesures et corrections des erreurs décapolaires du LHC à partir d'études faisceau

Les études de la chromaticité d'ordre trois dans le LHC au cours de ses deux premiers RUN ont systématiquement demontré un écart substantiel entre le Q''' attendu à l'injection et celui observé lors des mesures avec faisceau.
En 2022, lors du troisième RUN, les études de Q''' ont été complétées par des mesures de chromatic detuning, étant la variation du tune avec la quantité de mouvement et l'amplitude des excitations, ainsi que du resonance driving term décapolaire f1004. En 2023, ces mesures sont complétées par des corrections de la chromaticité ainsi que du RDT.
Ces mesures sont ici présentées et comparées au modèle magnétique, les implications concernant la source de l'écart précédemment identifié des erreurs b5 sont discutées.

Orateur: Maël Le Garrec (CERN)

Le_Garrec_Mael.pdf

Projets futurs

31 SOLEIL II : un projet ambitieux d'upgrade des accélérateurs du synchrotron SOLEIL

Le projet SOLEIL II à remplacer l'anneau et le booster de SOLEIL pour le transformer en source de quatrième génération de faible émittance tout en préservant le domaine spectrale et les 29 lignes de lumière actuelles. Le projet est divisé en deux phases de cinq ans chacune. La phase 1, "Construction", comprend la réalisation des accélérateurs, les modifications et l'adaptation d'un groupe de lignes de faisceaux et de l'infrastructure correspondante. Elle comprend également l'arrêt des accélérateurs (arrêt de 18 mois) et le début de la mise en service de l'anneau de stockage. La phase 2, "Vers la pleine performance", commence par la poursuite de la mise en service de l'anneau de stockage et la mise en service des premières lignes de faisceaux ; elle progresse ensuite vers la pleine performance des lignes de faisceaux grâce à la disponibilité des dernières générations de dispositifs d'insertion et des nouveaux composants de pointe des lignes de lumière, afin de tirer pleinement parti de la cohérence et du faisceau d'électrons à faible émittance (80 pm.rad). Nous proposons de faire un point sur le projet et de son programme intense de R&D.

Orateur: Dr Laurent NADOLSKI (Synchrotron SOLEIL)

2023-10_JA_SFP_nadolski_V4.pdf

Flyer_ARW_2024.pdf

Posters

32 Conception de lignes de transport pour les accélérateurs laser-plasma par effet de sillage

Les accélérateurs laser-plasma (ALP) par effet de sillage sont une alternative prometteuse pour de nombreuses applications industrielles et médicales. Malgré d'importants progrès, l'utilisation des ALP pour des applications concrètes nécessite une amélioration de la qualité du faisceau et la qualité du transport. Les faisceaux des ALP sont différents des faisceaux étudiés dans les accélérateurs conventionnels. Une étude dédiée aux lignes de transport pour l'accélération laser plasma s'avère donc nécessaire. L’objectif est de contrôler la qualité du faisceau dans la ligne malgré les contraintes imposées par le faisceau sortant du plasma d’un ALP (émittance, dispersion en énergie et divergence importantes pour des petites tailles). Par conséquent, plusieurs configurations sont étudiées à l'aide de TraceWin et de codes d'optimisation. Grâce à cela, des lois d'échelles sont obtenues afin de d’imposer des limites aux caractéristiques du faisceau produit par l’étage plasma en fonction des applications ciblées. Cette étude s'inscrit dans les projets d'installation ALP que nous avons en charge.

Orateur: Laury Batista (CEA Paris Saclay)

33 Etude des mécanismes de perte de cohérence dans les résonateurs supraconducteurs par spectroscopie tunnel et rayon X

Les efforts de recherche actuels visent à identifier les phénomènes microscopiques responsables de la perte de cohérence des dispositifs supraconducteurs, tels que les cavités utilisées pour les accélérateurs.
Le matériel utilisée par excellence dans les cavités supraconductrices est le Niobium (Nb). Pourtant, les oxydes natives qui se forment à la surface en raison de la exposition à l'air présentent des défauts identifiées comme des candidats potentiels à la perte de cohérence.
Nous effectuons la caractérisation des échantillons de Nb en utilisant différentes techniques comme XPS, XRD et spectroscopie tunnel. Ces techniques nous permettent d’étudier la composition chimie, la structure cristalline et les propriétés supraconductrices de nos échantillons, dans le but d’identifier des mécanismes de décohérence et de trouver des solutions technologiques.

Orateur: Ivana Curci (LIDC2/DACM/IRFU/CEA-Saclay)

34 Etude du traitement plasma pour les cavités quart-d’onde SPIRAL2

Des développements pour le traitement plasma des cavités accélératrices supraconductrices in-situ des cryomodules sont en cours dans plusieurs installations dans le monde. Si une dégradation des performances des cavités SRF est constatée lors du fonctionnement d'un accélérateur, le traitement plasma in-situ peut aider à restaurer les performances sans démonter les cavités des cryomodules pour retraitement. Cela étant une opération longue et coûteuse en main d'œuvre.

Le traitement plasma a déjà prouvé son efficacité, notamment au Spallation Neutron Source (SNS) à Oak Ridge National Laboratory, pour des cavités elliptiques 5 cellules. Ce type de traitement aurait un fort potentiel pour le linac supraconducteur de SPIRAL2 au GANIL, en limitant le temps d'arrêt de la machine, ne possédant pas de cryomodule de rechange.

Des premiers tests sur banc ont été effectués à IJCLab sur un résonateur quart-d'onde SPIRAL2 $\beta=0.12$ en utilisant un mélange Ar/O$_2$(10%). L'utilisation des modes d'ordre supérieur (HOM) semble prometteur pour la génération du plasma, car le couplage à chaud est meilleur quand la fréquence augmente, et permet d'obtenir une densité électronique du plasma plus élevée, pouvant potentiellement réduire le temps de traitement grâce à une augmentation des interactions plasma-surface. Le cinquième harmonique semble particulièrement prometteur.

Orateur: Camille CHENEY (CNRS/IJCLab, Université Paris-Saclay)

35 Plateforme Vide et Surfaces

Ce poster a pour but de présenter la nouvelle Plateforme Vide et Surfaces du laboratoire IJCLab à Orsay.
Comme son nom l’indique, l’ambition de la Plateforme Vide et Surfaces est duale :
- Maintenir, acquérir et adapter les moyens d’analyse de surfaces pour répondre au mieux aux problématiques des matériaux pour accélérateur
- Maintenir et développer une expertise sur des projets ultravide (UHV)
Ce poster présentera donc :
- les différents équipements de la plateforme (moyens d'analyse, bâtis R&D)
- les différentes expertises proposées (mesures de SEY, taux de dégazage etc.)

Orateur: Jonathan Yemane

36 Utilisation du Machine Learning dans la prédictions du comportement non-linéaire de collisionneurs hadroniques

La prédiction du comportement du faisceau dans un accélérateur hadronique est aujourd’hui effectué par des simulations de tracking de particules individuelles dans l’environnement simulé de l’accélérateur. Ces simulations sont lourdes en terme de temps et de puissance de calcul et doivent être effectuées à de nombreuse reprise afin de couvrir toutes les possibilités pouvant émerger dans la conception de l’accélérateur.
Cela implique donc une consommation d’énergie et une perte de temps importante que l’on cherche à éviter en remplaçant ces simulations par l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage machine permettant des extrapolations dans l’évolution temporelle du système hamiltonien qu'est l'accélérateur hadronique. Ces algorithmes, appelés Echo State Network (ESN), sont reconnus comme étant des "approximateurs" universels de ce genre de système.
Le travail effectué a donc pour but donc de construire un outil utilisant cet ESN et permettant d’optimiser rapidement les paramètres (et hyperparamètres) de l’ESN par rapport aux contraintes du problème - cette optimisation étant l’étape la plus longue de cet outil - , ainsi que d’essayer de minimiser au maximum la part des données dédiées à l’entraînement de l’ESN et ainsi encore réduire le temps de calcul nécessaire pour obtenir des simulations précises.

Orateur: Quentin Bruant

37 Conception du lattice et optimisation de l'optique faisceau de la machine PERLE

PERLE est un projet d'installation de type LINAC à récupération d'énergie (ERL) de nouvelle génération opérant à un régime de puissance de 10 MW. Il s'agit d'une plateforme pour la validation du développement de la technologie ERL pour les futurs collisionneurs aux frontières en énergie et en intensité. Les défis de conception de PERLE et ses paramètres de faisceau en font un banc d'essai pour valider le fonctionnement ERL multi-tours à courant élevé pour le LHeC.

Ce travail fait partie de l'étude de conception de ce projet. La structure de PERLE est présentée et les résultats de conception des quadrupôles et des dipôles sont discutés. Les études de la conception optimisée de l'aimant "B-com", utilisé pour étendre/combiner les trois faisceaux, sont également présentées. L'aimant B-com est optimisé pour un angle de flexion de $30^o$ avec un contenu harmonique de $0.036\%$. Des études sur le désalignement optique et les erreurs de champ sont également présentées.

Orateur: Rasha Abukeshek (BIMP-IJCLab)

38 Dépôt de couches minces antimultipacting à base de TiN pour une application dans les accélérateurs de particules.

Afin d'améliorer les performances des composants présents dans les accélérateurs de particules, nous avons choisi de développer une approche matériaux avec des revêtements innovants limitant l’émission électronique secondaire des composants et des parois des accélérateurs de particules. Les revêtements réalisés sont à base de TiN (TiOxNy, TiN, TiNxCy) et des multicouches, à base de NbN et TiN, ont également été élaborées. Les méthodes de dépôt qui ont été privilégiées sont l’ALD (Atomic Layer Deposition), la PEALD (Plasma Enhanced ALD) et la PVD (Physical Vapor Deposition). Ces techniques de dépôts en phase vapeur permettent d’obtenir des films minces de quelques nanomètres d’épaisseur. Dans ce cadre, nous allons présenter les résultats obtenus pour les différents types de revêtements : tout d’abord les caractérisations physiques (mesure 4 pointes) et physicochimiques, puis les rendements d’émission d’électrons secondaires obtenus en fonction du conditionnement sous faisceau d’électrons.

Orateur: yanis pisi (CNRS/IJCLab)

39 Etude instrumentale sur ThomX

ThomX est un projet de Source Compton Compacte, visant une production à haut flux de rayons X. Il est mené au laboratoire IJCLab, à Paris-Saclay. Le commissioning de l’anneau de stockage est en cours depuis septembre 2022 et les premiers rayons X ont été observés fin juin. Lors de cette présentation, je montrerai quelques résultats liés à l’étude de la différence entre la fréquence naturelle de l’anneau et sa fréquence nominale. Je présenterai aussi des analyses autour de l’instrumentation. L’une sur le bruit instrumental des ICT (Integrated Current Transformer) et coupelles de Faraday afin de comprendre la fluctuation de charge observée tir à tir. Une autre sur les signaux des moniteurs de pertes de l’anneau (fibres disposées sur les arcs), diagnostique important pour comprendre les difficultés de stockage dans l’anneau.

Orateur: Lisa Soubirou

40 Evolution de la source X Compton Inverse d’ELSA et simulation de son compresseur double alpha

Une source de rayons X par effet Compton Inverse est en cours de développement sur l'accélérateur d'électrons ELSA. Les paquets d'électrons de 30 MeV interagissent avec un laser Nd:YAG, émettant des rayons X dans la gamme d'énergie de 10 à 80 keV. Des améliorations sont en cours d’implémentation au niveau du laser grâce à un système CPA (Chirped Pulse Amplification) et à une refonte du système de recirculation du faisceau laser au point d'interaction. Des simulations sont réalisées pour optimiser le transport du faisceau d’électrons jusqu'au point d'interaction. Une attention particulière est accordée à la modélisation du compresseur magnétique composé de deux aimants alpha. L'impact de la charge d'espace dans ces aimants sur la qualité du faisceau pour des paquets de charge élevée (>1 nC) est discuté. Une argumentation sur le choix des codes de simulation appropriés, tenant comptes des hypothèses de calculs, est proposée. Un code de traitement a par ailleurs été développé pour passer du référentiel du laboratoire au référentiel de la particule de référence, afin de calculer l'espace des phases et l'émittance du paquet, même en présence d'une trajectoire fortement courbée.

Orateur: Abel Pires (CEA)

41 Intelligence artificielle appliquée à l’accélérateur supraconducteur SPIRAL2

Des études d’application de l’intelligence artificielle pour l’accélérateur linéaire supraconducteur SPIRAL2 sont menées au GANIL, en collaboration avec les laboratoires CEA/DSBT et IN2P3/LPSC. L’objectif est de fiabiliser le fonctionnement de l’accélérateur, et d’augmenter ainsi la disponibilité du faisceau. Tout d’abord, l’attention est portée sur les systèmes radiofréquence et cryogénique des cryomodules. Ceux-ci sont modélisés afin de générer des séries temporelles multivariées par simulation. Par la suite, ces ensembles de données seront utilisés par des algorithmes d’apprentissage automatique pour détecter et classer des anomalies dans les séries temporelles issues du système d’acquisition de l’accélérateur (EPICS). Des observateurs virtuels, basés sur des réseaux de neurones profonds, sont également étudiés afin de prédire la charge thermique perçue par le bain d’hélium. L’accomplissement final de ce projet serait l’intégration réussie au contrôle commande de l’accélérateur. Le poster décrit l’organisation mise en place et les premiers résultats obtenus.

Orateur: Charly Lassalle (Université de Caen Normandie / GANIL)

42 Mesures d’émittance d’un faisceau stable de basse énergie produit à ALTO-LEB

La plateforme de recherche ALTO au laboratoire de physique des 2 infinis Irène Joliot Curie (IJCLab) est dédiée à diverses recherches en physique nucléaire, en astrophysique nucléaire et à des activités interdisciplinaires. La partie basse énergie d’ALTO (ALTO-LEB) peut produire des faisceaux stables ou des faisceaux radioactifs par photofission à 30 keV. L’ionisation au sein de la source se fait par ionisation de surface ou par ionisation laser.
Afin de caractériser la source d’ALTO-LEB et pouvoir étudier le transport du faisceau dans les lignes de transfert jusqu’à la nouvelle ligne du spectromètre de masse à base de pièges de Penning (MLLTRAP), une campagne de mesures d’émittance a été effectuée pour un faisceau stable produit par ionisation de surface. Les premiers résultats d’analyse de données seront présentés.

Orateur: Sophie Morard

43 Mesures et corrections des erreurs décapolaires du LHC à partir d'études faisceau

Les études de la chromaticité d'ordre trois dans le LHC au cours de ses deux premiers RUN ont systématiquement demontré un écart substantiel entre le Q''' attendu à l'injection et celui observé lors des mesures avec faisceau.
En 2022, lors du troisième RUN, les études de Q''' ont été complétées par des mesures de chromatic detuning, étant la variation du tune avec la quantité de mouvement et l'amplitude des excitations, ainsi que du resonance driving term décapolaire f1004. En 2023, ces mesures sont complétées par des corrections de la chromaticité ainsi que du RDT.
Ces mesures sont ici présentées et comparées au modèle magnétique, les implications concernant la source de l'écart précédemment identifié des erreurs b5 sont discutées.

Orateur: Maël Le Garrec (CERN)

44 Modèle numérique de substitution pour le développement d’une source d’électron laser-plasma

La conception de la cible plasma pour l'expérience PALLAS repose sur des études numériques (Particle In Cell ) PIC ainsi que des simulations de dynamique des fluides et d’un banc d'essai expérimental équipé de diagnostics du profil de densité du plasma. Le banc d’essai possède également un spectromètre permettant d’évaluer les différentes espèces qui constituent le plasma. L’espace des paramètres à explorer pour l’optimisation des paramètres du faisceau d’électrons est vaste et fortement couplé. L’utilisation de méthode numérique d’exploration et d’optimisation peut permettre de surmonter cette difficulté [1].
Nous présenterons la réalisation d'un modèle numérique élaboré par technique d’apprentissage profond de la source d’électrons de PALLAS, basé sur 15000 simulations effectuées pour les paramètres d'entrées suivant : L’intensité du laser, le profil de densité de la cible et la distribution des espèces. Ces études paramétriques ont été réalisées avec le code PIC Smilei [2] en utilisant une décomposition en mode azimutal et l'approximation d’enveloppe, avec un faible nombre de particules par cellule [3]. Sur la base de ces données de simulations, nous avons construit des modèles d’apprentissage automatique (GP, réseau neuronal et arbres de décision) avec une validation croisée KFolds [4] afin de limiter le surapprentissage. Le modèle de substitution est ensuite utilisé pour sonder rapidement l'ensemble des paramètres d'intérêt, prédire l'optimum et interpréter les relations entre les paramètres. L'objectif de ces études est d'aider à la conception de la cible plasma et de déterminer les points de travail de l'injecteur laser-plasma pour une énergie, une charge, une émittance et une divergence de faisceau spécifique.

Orateur: Gueladio Kane (IJCLAB)

45 Modélisation réaliste du laser dans le cadre de l'accélération laser-plasma d'électrons

La modélisation de l’accélération laser-plasma dans le régime non-linéaire nécessite une description précise du faisceau laser. Lors d’une expérience d’accélération d’électrons injectés par ionisation dans une cellule de gaz, réalisée en salle longue focale de l’installation APOLLON pendant la phase de qualification, des mesures de fluence laser dans le volume focal ont permis de mettre en évidence l’impact d’une asymétrie du profil transverse sur les propriétés du faisceau d’électrons.
Une méthode rapide de reconstruction du champ électrique, inspirée de l’algorithme Gerchberg-Saxton, a été développée et appliquée sur ces images de fluence. Le champ électrique obtenu est implémenté en entrée de simulations PIC.
Dans ces simulations faites avec FBPIC [1], l’implémentation d’un profil laser Laguerre-Gauss reproduisant la fluence expérimentale permet d’obtenir un très bon accord entre le spectre énergie – angle des électrons et les mesures faites lors de l’expérience. Des diagnostics numériques ont été faits pour comparer les simulations avec un profil laser Laguerre-Gauss réaliste et celles avec un profil laser Gaussien symétrique.

[1] Physics of Plasmas 30, 053109 (2023)

Orateur: Ioaquin Moulanier (LPGP)

46 Onduleur bi périodique: élément d’insertion innovant pour SOLEIL II

L’Upgrade du Synchrotron SOLEIL a pour objectif de modifier l’anneau actuel pour garantir de meilleures performances spectrales aux scientifiques, en réduisant considérablement l’émittance du faisceau d’électrons. La grande quantité d’éléments magnétiques servant à focaliser et guider le faisceau entraîne une réduction importante de la longueur des sections droites dédiées aux éléments d’insertion. L’onduleur bipériodique se pose comme une solution technique permettant de combiner dans un espace réduit deux périodes magnétiques et de couvrir une large gamme spectrale. Le design consiste en une superposition d’aimants permanents agencés de façon à sélectionner une période magnétique ou sa valeur triple en effectuant un déplacement longitudinal des aimants. L’étude des performances magnétiques et spectrales de ce design innovant et compact, basée sur la construction d’un prototype, sera présentée en incluant les mesures et les corrections de champ magnétique. Le prototype sera installé sur l’anneau de stockage pour pouvoir étudier théoriquement et expérimentalement l’impact sur la dynamique du faisceau d’électrons et les performances spectrales réelles.

Orateur: Angela Potet (Synchrotron Soleil)

47 PALLAS une ligne de test pour l’accélération laser-plasma

Les très forts gradients accélérateurs atteignables dans un plasma font de la recherche autour des accélérateurs laser-plasma un axe d'intérêt majeur et ce notamment pour de potentielles applications compactes de sources de lumière ou même de collisionneurs. Cependant, même si de nombreux progrès ont été accomplis, des efforts importants sont encore nécessaires pour produire des faisceaux d'électrons qui atteignent des standards de qualité et de stabilité qui se rapprochent de ceux établis par les accélérateurs Radio-Fréquence.
Le projet PALLAS, élaboré dans le cadre d’EuPRAXIA, est une installation test qui cherche à reduire cet écart. Pour ce faire, le projet s'articule autour de trois axes de recherche clés: le contrôle avancé du laser, le développement autour des cibles plasma (cellules de gaz) ainsi que la manipulation des faisceaux d'électrons produits. Le travail présenté porte sur les efforts déjà réalisés et la stratégie envisagée pour la ligne de test de PALLAS, notamment sur les questions liées aux fortes divergence, dispersion en énergie et variations tir-à-tir.

Orateur: Coline Guyot

48 ASTERICS, une nouvelle source d'ions ECR supraconductrice pour l'accélérateur SPIRAL2

Une nouvelle source d'ions à aimants supraconducteurs nommée ASTERICS est en cours de développement en France pour le projet NEWGAIN porté par le GANIL. La source et sa plateforme haute tension sont développées en collaboration entre le CEA-Irfu, le GANIL, le LPSC et le LPC Caen. Après avoir exprimé les besoins en faisceaux d'ions métalliques du projet, les choix de conception sont motivés et le status du développement de la source d'ions sont présentés.

Orateur: thomas THUILLIER (LPSC)

49 Développement de la Sauterelle

Dans le cadre de l’upgrade de SOLEIL, un banc fil tendu sera utilisé pour les mesures magnétiques de plus de 1000 aimants de SOLEIL II. Ce banc permet de mesurer l’intégrale du champ magnétique entre les pôles de l’aimant à partir de laquelle les termes multipolaires et l’axe magnétique sont calculés. Néanmoins, le report de l’axe magnétique dans le référentiel de l’aimant n’est pas possible avec ce banc seul. Plutôt que d’utiliser un laser tracker, SOLEIL développe un instrument dédié, appelé « sauterelle » pour rendre la mesure plus simple et plus rapide. La « sauterelle », posée sur l’aimant, se compose de deux fourches en Titane sur lesquelles sont fixés quatre capteurs photoélectriques et d’un niveau électronique mesurant l’angle de rotation longitudinale de la « sauterelle ». En déplaçant le fil, il est possible d’activer ces capteurs et de relever la position du fil lors du déclenchement. Les mesures de position du fil et de l’angle de la « sauterelle » permettraient le report de l’axe dans le référentiel de l’aimant à ±5µm. L’avancement du développement de cet appareil est ici présenté.

Orateur: Romain BAILLIER (SOLEIL)

50 Le défi I.FAST CBI

Présentation du défis pour étudiants "challenge based innovation" organisé dans le cadre du projet Européen I.FAST et dont le thème en 2022 et 2023 était "Accélérateurs pour l'environnement".

Orateur: Dr Nicolas Delerue (IJCLab, CNRS et Université Paris-Saclay)

Site web du défi I.FAST CBI

51 Mesures ultra-rapides dans les sources de rayonnement basées sur accélérateurs

Nous réalisons des systèmes capable d'enregistrer en monocoup la forme de paquets d'électrons relativistes allant de la pico à la centaine de femtosecondes, ainsi que la lumière térahertz émise par des sources basées sur accélérateurs.
Pour ce faire, nous utilisons la détection électro-optique (EO) monocoup où un champ électrique THz est encodé dans le spectre d'une impulsion laser de sonde chirpée dans un cristal à effet Pockels.
Le projet est une collaboration entre DESY et le laboratoire PhLAM, offrant l'opportunité d'élaborer et de tester de nouvelles stratégies de mesures applicables aux lasers à électrons libres FLASH et EuXFEL.
Récemment, il a été possible de réaliser des mesures du champ électrique THz en monocoup avec une haute résolution temporelle et spectrale, à un taux de répétition élevé (1-2 MHz) [1][2].
Cependant, la sensibilité de la détection EO à un tel taux de répétition, ainsi que les effets d'ordres supérieurs, restent des limitations importantes pouvant entraîner des distorsions dans la reconstruction du champ THz [3].
Nos stratégies visent à corriger ces distorsions et à améliorer la sensibilité.
Une solution a été trouvée pour augmenter la sensibilité en utilisant des lames à incidence de Brewster [4] et un nouvel algorithme de reconstruction est en cours d'investigation pour éliminer les distorsions et retrouver la forme réelle des paquets d'électrons.

[1] Roussel, E. et al. Light Sci Appl 11, 14 (2022). https://doi.org/10.1038/s41377-021-00696-2
[2]B. Steffen et al. Review of Scientific Instruments, April 2020. https://doi.org/10.1063/1.5142833
[3] Xiao-Yu Peng et al. Journal of Applied Physics, November 2010. https://doi.org/10.1063/1.3499639
[4] Szwaj et al. Review of Scientific Instruments, October 2016. https://doi.org/10.1063/1.4964702

Orateur: Quentin Demazeux

52 Nouveaux Moniteurs de Perte sur le BOOSTER de SOLEIL

80 moniteurs de pertes (BLMs) ont été installés en 2020 sur l’anneau de stockage de SOLEIL. En plus de fournir une distribution précises des pertes le long de l’anneau, ils ont joué un rôle important dans le commissioning de nouveaux équipements comme le superbend et le nouveau kicker d’injection multipolaire (MIK). Fort de ce succès, 40 BLM supplémentaires ont été installés en 2023 sur les injecteurs (Linac, Booster et lignes de transfert), pour permettre d’optimiser l’efficacité d’injection et faciliter la comparaison des distributions de pertes avec les simulations numériques du groupe radioprotection dans le cadre de l’upgrade de SOLEIL.

Ce poster présente l’installation des nouveaux BLM, l’évolution de l’informatique de contrôle- commande, ainsi que des résultats de l’exploitation du système BLM.

Orateur: Aurélien BENCE (SOLEIL Synchrotron)

53 OPERATION OF THE ESRF-EBS LIGHT SOURCE

The European Synchrotron Radiation Facility - Extremely Brilliant Source (ESRF-EBS) is a facility upgrade allowing its scientific users to take advantage of the first high-energy 4th generation storage ring light source. In December 2018, after 30 years of operation, the beam stopped for a 12-month shutdown to dismantle the old storage ring and to install the new X-ray source. On 25th August 2020, the user programme restarted with beam parameters very close to nominal values. Since then beam is back for the users at full operation performance and with an excellent reliability. This poster reports on the present operation performance of the source, highlighting the ongoing and planned developments.

Orateur: Jean-Luc revol (ESRF)

Operation_ESRF_Revoljl_SFP.pptx

19:00 Apéritif

19:30 Diner

jeudi 5 octobre

Projets internationaux

54 La contributon française à l'accélérateur linéaire supraconducteur PIP-II

DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) est un projet unique du fait de l’intensité du faisceau de neutrinos, des caractéristiques du détecteur lointain massif et souterrain, et de l’utilisation de chambres à dérive à base d’argon liquide.
Pour obtenir le faisceau intense de neutrinos visé, plusieurs améliorations du complexe accélérateur de Fermilab sont nécessaires afin d'augmenter la puissance du faisceau de protons sur la cible jusqu'à 1.2 MW. Celles-ci sont menées dans le cadre du projet PIP-II (Proton Improvement Plan II) dont l’élément central est la construction d’un accélérateur linéaire supraconducteur de 800 MeV en amont du booster
Fermilab accorde une grande importance au fait que la construction de l’accélérateur PIP-II sera le premier projet mené par le Department of Energy (DOE) sur le sol américain incluant des contributions en nature importantes de laboratoires partenaires internationaux (Inde, Italie, Royaume-Uni, Pologne et France).
La contribution de la France, à travers le CEA et le CNRS, porte sur les cryomodules ‘Low Beta 650’ abritant les cavités elliptiques à 650 MHz, et sur la section spoke SSR2 fonctionnant à 325 MHz. Le détail de celle-ci sera présenté ainsi que les derniers résultats de la phase de prototypage.

Orateur: Nicolas Bazin (CEA Saclay)

PIP-II-Roscoff_2023.pdf

55 Étude d’un collisionneur à muon à une énergie de plusieurs TeV

Un collisionneur circulaire à muons permet de générer des collisions entre leptons à une énergie élevée dans une machine relativement compacte. La raison est que l’émission de lumière synchrotronique est fortement réduite par rapport aux électrons à cause de la masse plus élevée des muons. Les difficultés et défis d’un tel collisionneur à muons sont surtout liés au besoin de générer les muons et à la durée de vie des muons de seulement $2.2 \, \mu \mbox{s}$ au repos. Les muons générés à l’aide d’un faisceau de protons de plusieurs MW doivent être “refroidis” rapidement en utilisant un système de refroidissement à ionisation et accélérés par des linacs à recirculation et des synchrotrons pulsés. Le design du collisionneur est un défi à cause de forte focalisation nécessaire au point d’interaction engendrant des effets chromatiques importants. Les électrons et positrons générés par la désintégration des muons produisent des signaux non désirés dans les détecteurs, de la déposition d’énergie à l’intérieur des aimants du collisionneur nécessitant des absorbeurs en tungstène. Des dispositions spéciales sont nécessaires afin de garder les radiations causées par des neutrinos, qui atteignent la surface de la terre, négligeable. Les études en cours dans le cadre de la IMCC (International Muon Collider Collaboration) ont pour but de démontrer la faisabilité d’un collisionneur à muons ayant un potentiel physique similaire à une machine à protons d’une énergie nettement plus élevée.

Orateur: Christian Carli (Carli)

23_10_05_SFP_Muon_Collider.pptx

56 Etat des lieux de la contribution du CEA à la construction de l’accélérateur ESS

Cette présentation fait un état des lieux sur la contribution du CEA à la construction de l’accélérateur ESS qui comprend le RFQ, les 30 cryomodules medium et haut beta, de nombreux diagnostics faisceau à tous les étages d’énergie du LINAC, des détecteurs de neutrons ainsi que des parties de contrôle systèmes. Il reste à livrer environ la moitié des cryomodules. Tous les autres composants ont été livrés et certains sont déjà installés sur le LINAC. Le RFQ ainsi que les diagnostics de la section chaude sont en fonctionnement pour les faisceaux du commissioning de la partie chaude du LINAC qui s’effectue jusqu’au DTL. Un cryomodule medium beta et un cryomodule Spoke (contribution du CNRS) ont été mis en place sur le LINAC, refroidis à 2K et testés. Après l’été 2023 commencera l’installation des autres cryomodules qui se poursuivra jusqu’au deuxième semestre 2024.

Orateurs: Pierre Bosland (CEA Saclay), christian arcambal (CEA SACLAY/DRF/IRFU/DACM)

ESS-I_Roscoff_2023.pptx

57 Statut du commissioning de SARAF-Phase II et des tests de cryomodule

L'IAEC/SNRC en Israël est en train de construire une installation d'accélérateur de production de neutrons appelée SARAF. Cette installation utilisera un linac pour accélérer un faisceau de deutérons et de protons en continu de 5 mA jusqu'à 40 MeV. Dans la première phase du projet, l'IAEC a achevé la construction et l'exploitation d'un linac (appelé SARAF Phase I) qui comprenait une source d'ions ECR, une ligne de transport de faisceau à basse énergie (LEBT) et un RFQ à 4 tiges. La deuxième phase du projet implique une collaboration entre l'IAEC et le CEA en France pour la fabrication du Linac. Le système de contrôle de l'injecteur a été mis à jour et la ligne de transport de faisceau à moyenne énergie (MEBT) a été installée et intégrée dans l'infrastructure. Les tests et la mise en service partielle de l'injecteur et du MEBT ont été réalisés en 2022 et 2023, et cet article présente les résultats du commissioning de la machine.
Concernant les cryomodules, ce Linac sera composé de 4 modules. Le premier héberge 6 cavités supraconductrices beta = 9% à 176 MHz. Le second, 7 cavités de même beta et fréquence. Les troisième et quatrième, 7 cavités chacun, de beta = 18% à même fréquence. Toutes les cavités ont été qualifiées en 2021 et 2022, ainsi que les coupleurs et le système de réglage en fréquence. L'électronique bas niveau (LLRF) a été qualifiée en 2022. Le premier cryomodule a été assemblé pendant l'année 2022. Cette contribution présente également l'ensemble des tests RF réalisés dans les premiers mois de 2023, ayant permis la qualification complète de ce premier cryomodule.

Orateurs: Guillaume Ferrand (CEA-Saclay), Jonathan Dumas (CEA Saclay)

Roscoff_SARAF_vf.pdf

Roscoff_SARAF_vf.pptx

10:30 Pause + photo

Applications médicales

58 Etat de l’art de la radiothérapie FLASH

La radiothérapie FLASH (FLASH-RT) est une nouvelle stratégie thérapeutique qui utilise des méthodes d'administration de dose non standard pour réduire la toxicité des tissus normaux et augmenter l'index thérapeutique. Des fortes doses de rayonnement (>2 – 10 Gy) à un débit de dose moyen élevé (>100 Gy/s) sont délivrées en une fraction de seconde (temps total d'émission du faisceau < 100-500 ms), jusqu’à 10000 fois plus rapide qu'en RT conventionnelle. Plusieurs études précliniques ont démontré l’épargne des tissus normaux et une iso efficacité anti-tumorale dans ces conditions d’irradiations, mais les processus biologiques régissant ces effets sont encore inconnus. De plus, pour que la délivrance de ces faisceaux FLASH soit fiable, la communauté des accélérateurs doit relever des nombreux défis techniques pour obtenir les débits de dose élevés en condition clinique. Cet exposé va donc faire l’état de l’art et présenter les perspectives de la FLASH-RT.

Orateur: Dr Annalisa Patriarca (Institut Curie)

Journée accelerateurs Roscoff 2023_PATRIARCA.pdf

59 Medical Applications and Methods used at CLEAR, the CERN Linear Electron Accelerator for Research

The CERN Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR) is a user facility providing electron beams for a large and varied range of experiments. CLEAR was selected to study the feasibility of using Very High Energy Electrons (VHEE), between 100 and 200 MeV, at Ultra High Dose Rate (UHDR), sending the total dose in less than 100 ms, for cancer radiotherapy. With these conditions, one can study the FLASH biological effect in which deep-seated cancer cells are damaged while the healthy surrounding tissues are spared. CLEAR can deliver a 30-220 MeV beam and doses from a few mGy per second to a few Gy per ns. Several recent experiments in the medical field, carried out at CLEAR this year, are presented in this talk.

Orateur: Pierre Korysko (University of Oxford)

CLEAR_JA_SFP_2023.pdf

60 Projet C400 IONS chez CYCLHAD : du virtuel à la réalité

Le cyclotron C400 IONS de NHa avec l’ensemble accélérateur en amont comme en aval est entré dans sa phase de réalisation. Cet accélérateur innovant viendra compléter l’installation de traitements en particules thérapie chez CYCLHAD qui possède déjà un Proteus One d’IBA en opération. Les sources d’ions du C400 IONS externes sont en cours de montage et tests. La conception de la ligne d’injection est finalisée : elle comporte un triplet de quadrupoles, 2 solénoides, 1 buncher et quelques éléments de diagnostiques : coupelle de Faraday et BPM. Les éléments de la culasse du cyclotron (les pôles et retours de flux en fer doux) sont déjà fabriqués et stockés à Caen. La bobine supraconductrice est en cours de production et est insérée dans l’enceinte hélium du cryostat chez le fournisseur ; elle sera prochainement placée dans l’enceinte vide. Le système cryogénique, permettant de liquéfier l’hélium et de le regénérer en cas de quench, est en cours de fabrication comme les systèmes d’extraction et de transports du faisceau vers les salles de traitement et de recherche. En ce qui concerne la salle de traitement, la conception du système de balayage du faisceau est finalisée. L’instrumentation de positionnement du patient, mais également la chaise patient (venant compléter le lit en salle de traitement) seront prochainement en phases de fabrication. Ce papier va présenter un aperçu technique général de l’état d’avancement du projet C400 IONS de NHa.

Orateur: Laurent Manoury (Normandy Hadrontherapy)

Roscoff_2023_LM_v2.pdf

Histoire des Accélérateurs

61 Histoire des accélérateurs de particules : la contribution de la France

Jusqu’au XIXe siècle, l’étude de la matière se fait à l’échelle macroscopique. Mais dès le début du XXe siècle, les notions d’atome, de structure électronique et de noyau apparaissent, faisant émerger le besoin de nouveaux instruments plus performants. Ce se seront les accélérateurs de particules. Partant d’une énergie de l’ordre de la centaine de keV au début du siècle dernier, les accélérateurs atteindront le TeV à la fin du même siècle. Les faisceaux de particules frappant une cible fixe, puis ceux utilisés dans des collisionneurs, l’essor des plasmas, jusqu’au développement des sources de lumière synchrotronique, illustrent l’extraordinaire développement de ces instruments sur près d’un siècle. C’est la contribution des équipes françaises à cette fabuleuse épopée qui sera présentée.

L’exposé se base sur le chapitre « Accélérateurs de particules » du livre publié, en juillet 2023, pour les 150 ans de la SFP

Orateur: Louis Rinolfi (CERN)

Histoire des accelerateurs Roscoff 2023.pptx

13:00 Dëjeuner

Prix Jean-Louis Laclare

62 Remise du prix Jean-Louis Laclare

Orateur: Vincent Le Flanchec (CEA DAM)

63 Présentation du Prix Jean-Louis Laclare + Le projet COXINEL: de l'accélération laser-plasma vers un laser à électrons libres injecté par un laser externe

De nos jours, les sources laser à électrons libres (LEL) de rayonnement X sur des accélérateurs conventionnels à cavité radiofréquence ont permis des avancées majeures dans de nombreux domaines scientifiques. De nouvelles stratégies d’accélération, comme l'accélération laser-plasma (LPA), voient le jour afin de compacter ces installations, allant de quelques centaines de mètres à quelques km. Cependant, ces faisceaux d’électrons présentent des caractéristiques très éloignées, bien que raisonnables, de ceux générés par les accélérateurs conventionnels.
Le projet COXINEL, coordonnée par Synchrotron SOLEIL, vise à démontrer l’amplification LEL à partir de LPA. Initialement installée au LOA, la ligne a été déplacée sur le LPA de HZDR (Dresde, Allemagne) en 2020 afin d’obtenir des paquets d’électrons avec de plus fortes charges et une meilleure stabilité d’opération. Grâce aux précédentes avancées expérimentales obtenues au LOA concernant la maîtrise du transport des électrons (2018) et l'observation du rayonnement de l'onduleur (2019), ainsi qu'un important travail numérique/théorique (2020), nous avons opéré le premier LEL basé sur LPA injecté par laser. Nous avons également démontré qu’il est possible de contrôler la longueur d’onde d’émission. Cet ajustement spectral est le résultat d’un mécanisme d’étirage longitudinal du paquet d’électrons à l’intérieur de l’onduleur, comportement particulier lié au transport d'un paquet d'électrons LPA aux propriétés non-standards.

Orateur: Eléonore Roussel (PhLAM, Univ. Lille, CNRS)

Roussel_talk_sfp_cox.pdf

Nouvelles technologies

64 PERLE : Powerful Energy Recovery Linac for Experiments

Le concept des linacs à récupération d’énergie (Energy Recovery Linac ou ERL) est un concept pionnier en physique des accélérateurs. Un ERL exploite des qualités de faisceaux produits par des linacs avec une consommation énergétique fortement réduite permettant des circulations de courant très intenses.
PERLE est un démonstrateur d'ERL à fort courant en phase d'étude à IJCLab, faisant circuler un faisceau d'électrons jusqu'à 500MeV avec une intensité de l'ordre de 20mA, pour une puissance totale de 10MW.

Je présenterai dans un premier temps la structure optique générale de PERLE : deux sections linacs et six arcs permettant 3 passes d'accélération et 3 passes de décélération des faisceaux d'électrons.

Je présenterai ensuite différentes études de dynamique de faisceau réalisées sur PERLE, notamment sur les corrections optiques et les effets collectifs.

Enfin, je mettrai en avant l'avancement du design de l'injecteur de PERLE ainsi que son intégration générale avec l'ERL.

Orateur: Julien Michaud

PERLE_talk_Roscoff2023_v2ppt.pptx

65 Les enjeux matériaux pour la maîtrise de la pression dynamique dans les accélérateurs de particules de haute énergie

Pour faire face aux prochain défis aussi bien fondamentaux (l’origine de la matière et l’énergie noire, l’énergie nucléaire) que pratiques (coûts de constructions et de fonctionnement) les technologies des accélérateurs doivent évoluer et passent par le développement de nouveaux matériaux. Comme pour de nombreuses technologies de pointes, les performances des composants clés des accélérateurs sont en effet intimement liées aux propriétés des matériaux utilisés et des traitements (de surface, thermiques, mécaniques) qui leur sont appliqués. Les stratégies actuellement développées pour améliorer les performances font appel à des couches minces (dépôts TiN pour cavités RF; dépôt NEG, carbone amorphe pour enceintes à vide) qui permettent de limiter certains phénomènes tel que le multipacting. Cette contribution présentera des résultats soulignant le rôle joué par les surfaces (présence d'oxydes natifs, couches minces de carbone ou dépôts TiNxCy) sur les problématiques liées aux interactions du faisceau avec son environnement et les instabilités qui en découlent: résonance d’électrons extraits des surfaces, désorption moléculaire stimulée et plus généralement pression dynamique.

Orateur: Dr Gaël Sattonnay (IJCLab)

Roscoff2023_Sattonnay.pdf

16:00 Pause + stands industriels

Environnement

66 Energie et development durable dans le domaine des accélérateurs.

L'évolution climatique et ses conséquences nécessitent des changements drastiques dans nos modes de consommation énergétique et notre approche du développement durable. Les infrastructures de recherche consomment une quantité importante de diverses ressources, de l'électricité à l'hélium. Par conséquent, leur impact sociétal dans la crise énergétique actuelle est grande, ainsi que leur impact environnemental. Le workshop Energy for Sustainable Science at Research Institutes, organisé tous les deux ans, rassemble un large panel d'instituts dont les efforts et les idées visent une science moins énergivore et moins impactante. Cette présentation basée sur le retour d’expérience de l'ESRF fera aussi une synthèse du workshop.

Orateur: Jean-Luc revol (ESRF)

Sustainabilty_RevolJL_SFP_Final.pptx

67 Simβ-AD : couplage codes de calculs/détecteurs actifs pour une meilleure caractérisation des déchets radioactifs produits par les cyclotrons

La gestion des déchets radioactifs produits par les accélérateurs de particules, plus particulièrement les cyclotrons, est un enjeu économique et environnemental de plus en plus important. En particulier, leur prise en charge par les exutoires autorisés peut poser des problèmes car nécessite une caractérisation radiologique précise. La mesures des radionucléides émetteurs gamma ne posent pas de problème, alors que des techniques destructives doivent être mises en oeuvre pour la détection des radionucléides émetteur béta purs ($^{55}$Fe, $^{36}$Cl,$^{63}$Ni...).

Le projet Simβ-AD (lauréat FRANCE2030) a pour but de proposer une méthode de caractérisation radiologique des déchets produits par les cyclotrons se basant sur l'utilisation de codes de calculs Monte-Carlo couplés avec l'utilisation de détecteurs actifs de neutrons. L'iRSD (UAR3364) et l'IPHC (UMR7178) se sont associés avec IBA, concepteur de cyclotrons pour l'industrie, le médical et la recherche, et TRAD, entre autres concepteur du logiciel RayXpert afin de réaliser les travaux qui permettront de proposer une solution intégrée pour la détermination de l'activité des déchets radioactifs produits au sein des cyclotrons.

Les résultats des premières expériences réalisées auprès de trois installations (CEMHTI, CYRCé et CYCERON) seront présentés.

Orateurs: Hugues MONARD (CNRS/INP/IRSD), Hugues Monard (CNRS)

Roscoff_2023_HMonard.pdf

Assemblée Générale de la division Accélérateurs

68 Organizing IPAC 2026

IPAC26, the International Particle Accelerator Conference in 2026, will take place in Deauville, France, marking the second opportunity for France to host after the successful remote conference held in 2020. GANIL will once again serve as the host laboratory for this prestigious event. As part of the initial organization process, we are in the early stages of establishing a Local Organizing Committee (LOC) that will represent a diverse range of laboratories and research groups across France.
By the end of 2023, our goal is to have the LOC fully established and to allocate various responsibilities among the participating laboratories. This will ensure efficient coordination and smooth execution of the conference.
Additionally, I will provide a brief overview of the different committees involved in organizing an IPAC, highlighting their roles and functions.

Orateur: Hanna FRANBERG DELAHAYE (GANIL-Caen)

SFP AG General assembly sept 2023.pdf

69 Assemblée Générale de la Division Accélérateurs

Orateur: Vincent Le Flanchec (CEA DAM)

Assemblée Générale Division Accélérateurs 2023.pdf

19:30 Diner de gala

vendredi 6 octobre

Accélérateurs plasma

70 Simulation plasma avec le code PIC CALDER : de la production à l’utilisation de faisceaux accélérés

Dans cet exposé, nous présenterons d’abord des travaux couplant simulation et résultats expérimentaux sur l’accélération laser-plasma, avec pour but de montrer des applications concrètes et uniques de ces types d’accélérateurs. A titre d’exemple, nous montrerons qu’il a été possible de sonder au LOA, avec un faisceau d’électrons accéléré par sillage laser, des champs intenses et des instabilités plasma produites dans une cible laser sur des échelles fs et micrométrique. Des expériences réalisées sur les lasers Apollon et LMJ-PETAL mettant en œuvre l’accélération de protons par interaction laser-cible solide (en régime TNSA) ont quant à elles permis de générer des sources secondaires brèves et intenses de neutrons.

Dans un deuxième temps, nous montrerons que les codes PIC dédiés à la simulation des accélérateurs plasma peuvent aussi être utilisés pour simuler diverses applications des accélérateurs d’électrons conventionnels, tels que la propagation de faisceaux focalisés dans des cibles, l’étude d’instabilités faisceau-plasma d’intérêt pour l’astrophysique de laboratoire, la production de sources gamma brillantes, l’étude de la QED en champ fort, voire l’interaction de sources XFEL avec la matière. Ces thématiques, aussi étudiées à l’aide de lasers ultra-intenses, pourraient favoriser le rapprochement entre les communautés « accélérateurs conventionnels » et « plasmas chauds » dont dépend l’accélération plasma.

Orateur: Xavier Davoine (CEA DAM DIF)

pres_SFP_Roscoff_2023_XDavoine.pdf

71 Développements récents dans la modélisation pour l'accélération laser-plasma d'électrons

Au cours des dernières années, le rôle de la modélisation numérique dans l'accompagnement des expériences d'accélération par sillage laser-plasma d'électrons a progressé de façon significative.
Une selection de résultats récents de modélisation, obtenus par la communauté française du domaine, sera présentée.
Parmi ces résultats on montrera en particulier le rôle crucial de la description précise du laser dans les simulations pour obtenir des accords sans précédent avec les expériences. On présentera les modèles rapides et précis qui ont été mis au point et utilisés pour la conception d'expériences basée sur l'exploitation des données et les perspectives sur l'utilisation de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle.
Les perspectives pour aborder les nombreux défis, représentant des enjeux majeurs pour les prochaines années vers la réalisation d'un accélérateur laser-plasma d'électrons multi-étages seront également évoquées.

Orateur: Francesco Massimo (LPGP - CNRS)

FMassimo_Roscoff_2023_FR.pdf

72 A parametric study for enhanced electron beam quality in laser wakefield accelerators

The path for Laser Wakefield Accelerator (LWFA) systems to emerge as reliable sources of electrons on a large scale necessitates a significant improvement in the electron beam's quality. This demand encompasses a comprehensive analysis of beam dynamics, from its generation in the plasma to the end user, while also considering the magnetic components of the transport line. This study presents a parametric investigation through Particle-in-Cell (PIC) simulations to identify the optimal laser-plasma setup. As a result, the potential for creating a highly charged (>100 pC) and energetic electron beam (>150 MeV) is demonstrated, with maintained high quality, marked by low emittance (<2 μm) and narrow energy spread (<2%). Moreover, using TraceWin (a beam dynamics code), a compact transfer and focus line is proposed to uphold beam quality up to the user. This work contributes to the EARLI project, which aims to design a high-quality, standalone LWFA electron for the AWAKE collaboration. In the design phase, the project currently employs methods derived from conventional accelerators applied to LWFA physics.

Orateur: Samuel Marini (CEA)

Samuel_MARINI_Roscoff.pdf

10:00 Pause

Intelligence artificielle

73 Enhancing accelerators modeling, control and associated technology with AI application.

The advent of new high-performance computer architectures, coupled with the availability of vast amounts of data, has driven the development of machine learning algorithms, and neural networks in particular. Today, the application of such techniques to beam dynamics, accelerator control and technology is an expanding field of research. Selected use cases from national, European and international laboratories will be presented and perspectives of the field will be discussed.

Orateur: Barbara Dalena

bdalena_Roscoff2023_fin.pptx

bdalena_Roscoff2023.pdf

74 Apprentissage par Renforcement Appliqué à l’Opération des Systèmes RF du PS au CERN

Le Synchrotron à protons (PS) au CERN est un accélérateur délivrant du faisceau pour de multiples applications, incluant plusieurs variantes de faisceaux pour le Grand collisionneur de hadrons (LHC), le Décélérateur d’antiprotons (AD) et les expériences en cible fixe du PS et du Super Proton Synchrotron (SPS). Pour cela, le PS dispose d’un grand nombre de systèmes RF couvrant une large gamme de nombre harmonique, permettant multiples manipulations longitudinales du faisceau (par exemple scission, fusion, compression de batch, raccourcissement de paquet). Chacune de ces manipulations doit être réglée finement en ajustant la tension et la phase des cavités RF afin d’obtenir un faisceau de qualité optimale. Pour parvenir à cet objectif de façon systématique et efficace, une approche nouvelle pour le PS consiste à faire usage d’agents numériques entrainés par renforcement à détecter des erreurs en estimant les paramètres du faisceau (vision artificielle) et les ajuster de façon automatique. Ces agents sont entrainés en simulation avant d’être utilisés sur l’accélérateur. Une solution opérationnelle a été mis en place en 2022, démontrant l’efficacité de cette approche.

Orateur: Alexandre Lasheen (CERN)

SFP_2023_alasheen.pdf

SFP_2023_alasheen.pptx

75 Derniers développements et stratégies de compensation de pannes de cavités dans les linacs supraconducteurs

La fiabilité est un enjeu important dans les accélérateurs de hadrons de forte puissance, et plus particulièrement dans les réacteurs hybrides pilotés par accélérateur (ADS). À titre d’illustration, l’ADS de l’Agence Japonaise de l’Énergie Atomique (JAEA-ADS) ne pourra dépasser 42 interruptions faisceaux de plus de 5 min par an. Un nombre important de pannes sont causées par la perte d’une cavité accélératrice ou de ses systèmes associés. Elle peuvent être compensées en reréglant les cavités avoisinantes ou une partie de l’accélérateur. Trouver les réglages de compensation d’une panne en moins de quelques secondes relève cependant de la gageure. Nous avons donc développé LightWin, un outil permettant de créer en amont une base de donnée associant des scénarios de pannes à ses réglages pour un linac donné.
Dans cette étude, nous présentons les différentes stratégies de compensation de panne ainsi que les études de validation de LightWin réalisées sur les linacs supraconducteurs de MYRRHA et JAEA-ADS. Nous discuterons également de nos dernières avancées concernant la versatilité et l’efficacité de LightWin, ainsi que la compensation à faible énergie et fort courant faisceau.

Orateur: Dr Adrien PLACAIS (CNRS / IN2P3 / LPSC)

2023.10.06_Roscoff_Placais_v1.1.pdf

Officiel

76 Cloture des Journées 2023

Orateur: Vincent Le Flanchec (CEA DAM)

12:15 Repas