Cellule accélératrice prototype de 80 mm de diamètre usinée à l’aide d’un outil en diamant monocristallin.
Clic (Compact linear collider) est un projet de collisionneur linéaire d’électrons–positons pour la physique des très hautes énergies (3 TeV dans le centre de masse) qui permettra aux physiciens des particules de mener des expériences au delà des possibilités de l’actuel LHC. Ces performances seront obtenues sur une distance de 50 km grâce entre autre à l’utilisation de cavités accélératrices en cuivre très performantes. Ces cavités résonnent à la fréquence de 12 GHz et accélèrent les particules avec un gradient de 100 MV/m. Dans le cadre de l’expérience de validation expérimentale du concept novateur d’accélération à 2 faisceaux appelée CTF3 (Clic test facility 3rd phase), le CEA a construit au Cern l’accélérateur Califes permettant d’injecter un faisceau test dans des prototypes de structures accélératrices à 12 GHz.
L’accélérateur Califes
Basé sur un canon photo-injecteur développé par le LAL d’Orsay et sur 3 sections accélératrices à 3 GHz récupérées de l’injecteur du LEP, ce projet a nécessité pour sa construction la collaboration de nombreuses équipes de Saclay (SACM, SIS, Sédi et DEN pour la partie laser). Depuis décembre 2008, Califes a produit durant 4 périodes un faisceau aux caractéristiques toujours plus proches des performances nominales. Récemment un nouveau type de déphaseur de puissance, fruit de 3 années d’intenses développements à Saclay, a été installé sur l’entrée RF de la première structure. Il permettra une plus grande flexibilité de fonctionement offrant le choix entre une énergie de faisceau plus élevée (jusqu'à 170 MeV) ou des paquets d’électrons plus courts (0,75 ps).
Structure accélératrice Clic de 300 mm de long équipée du détecteur de position WFM.
Salle d’expérience du CTF3. Au premier plan Califes (photo Cern).
Les structures accélératrices à 12 GHz
La surface interne des cavités est soumise localement à des champs électriques qui peuvent atteindre 200 MV/m et à une augmentation de température de 50 °C pour des durées d’impulsion de 200 ns. La limite de claquage est proche et l’enjeu majeur consiste à réduire les chances de produire un arc en cours de fonctionnement.
En collaboration avec le Cern, le SACM est engagé depuis 2008 dans un programme de développement de ces structures à haut gradient. Ce programme comprend l’étude et la conception des cavités, la fabrication en milieu industriel et les essais avec le faisceau sonde d’électrons Califes de CTF3. Ces structures ont la particularité d’inclure un détecteur appelé WFM (wakefield monitor) permettant d’aligner la cavité sur le faisceau de particules pendant le fonctionnement de la machine.
Les principales réalisations techniques à souligner sont :
· Des simulations des champs de sillage générés dans les structures accélératrices par un faisceau hors axe, et la mise en œuvre d’une instrumentation capable de les détecter.
· Un usinage de précision de cellules accélératrices avec une tolérance de forme de 5 µm, une planéité de 1 µm et une rugosité de 25 nm.
· L’approvisionnement et le test sur charge résistive du modulateur en technologie état solide délivrant des impulsions de 430 kV d’amplitude et 2,6 µs de durée à une fréquence de répétition de 50 Hz.
· La conception et la fabrication de composants hyperfréquences surmodés en bande X.
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