Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Cela revient à définir les performances et les tolérances de tous les éléments entourant le faisceau: dipôles, quadrupôles, solénoïdes, RFQ, cavités RF, correcteurs, chambre à vide, collimateurs, moyens de mesure faisceau.

L'objectif in fine est d'obtenir un modèle théorique le plus réaliste possible de l'accélérateur, à partir duquel l'accélérateur va être piloté. Pour arriver à cette fin, le travail du "dynamicien" repose sur trois volets:

• simulations massives à des fins d'optimisation et de design de paramètres
• interactions intenses avec toutes les équipes de design technique et de fabrication des composants de l'accélérateur
• définition et conduite des expérimentations avec faisceau sur l'accélérateur.

Les Défis d'IFMIF-EVEDA

Les principales difficultés proviennent des deux performances record demandées aux faisceaux d'IFMIF-EVEDA :

• La très haute intensité, 125 mA en continu, implique que les forces répulsives entre particules du faisceau même, appelées forces de charge d'espace, dominent complètement les forces de focalisation qui doivent être appliquées au faisceau. En effet, le facteur de Tune Depression (voir figure) est seulement de 0.4 dans le RFQ et 0.2 dans le SRF-Linac. Le contrôle total de l'ensemble des particules est donc problématique.

• La très grande puissance, 1 à 5 MW, implique que les pertes faisceau, même minimes, sont dangereuses pour les matériels. Le problème devient encore plus critique au-delà de l'énergie de 5 MeV, c.-à-d. à la sortie du RFQ, où l'activation des matériels commence à être préoccupante. Il faut alors limiter les pertes à bien moins qu' 1 millionième du faisceau.

Surmonter ces deux difficultés séparément représente déjà deux défis en soi. Les cumuler entraîne un degré de difficulté supérieur. D'un côté, l'importante charge d'espace rend les pertes erratiques difficilement contrôlables. De l'autre, c'est pratiquement le niveau de zéro perte qui est requis.

Difficultés et choix pour les énergies < 5 MeV

Les difficultés sont plus particulièrement liées à la haute intensité. D'une part, la prépondérance de la charge d'espace y est la plus marquée, car les particules ont encore une faible vitesse. D'autre part, il faut limiter les pertes, relativement importantes (~%), qui peuvent contrarier l'obtention de l'intensité requise de 125 mA.

Un calcul détaillé de la carte de charge d'espace a été entrepris, tenant compte des phénomènes de compensation par les électrons créés par l'ionisation du gaz résiduel, ou refoulés par une électrode installée à l'entrée du RFQ. Le RFQ, premier composant qui accélère véritablement, a été optimisé pour que les pertes faisceau soient limitées aux particules de très faible énergie, non encore accélérées. L'ensemble LEBT + RFQ a été optimisé et réglé avec le critère de  transmission maximale, méthode qui pourra être reproduite in-situ en mesurant le courant faisceau à la sortie de la source puis après le RFQ. Une transmission théorique de plus de 95% a été obtenue.