Division of Electronics, Detectors and Computing for Physics (DEDIP)

Les sources de lumière synchrotron à anneau de stockage de troisième génération, à faible émittance de l'ordre de quelques nm.radian, furent mises en service à partir des années 90 afin que les physiciens bénéficient de faisceaux de photons hautement brillants. Pour cela, des aimants à plus forte focalisation et des insertions à aimants permanents furent utilisés. En contrepartie, le taux de perte d'électrons stockés augmente. Cela affecte la position des points sources des lignes de lumière, leur optique et les diagnostics de l'anneau, car la baisse d'intensité du courant stocké induit une variation significative de la charge thermique. Les limitations liées aux modes d'opération par décroissance du courant ont conduit à l'avènement du mode top-up. Il s’agit de maintenir l'intensité du courant stocké constante. Ainsi, l'injection de nouveaux électrons est un processus fréquent. Aujourd'hui, la plupart des synchrotrons fonctionnent en mode top-up, mais un inconvénient majeur est mis en évidence par des utilisateurs. Le processus d'injection, malheureusement détecté par certaines lignes de lumière, est devenu gênant par son taux de répétition élevé. En effet, le faisceau d’électrons stocké est systématiquement perturbé par les aimants d'injection impliqués. C’est pourquoi les physiciens et ingénieurs des accélérateurs élaborent des solutions pour préserver la stabilité du faisceau. Opérer un synchrotron en mode top-up tout en garantissant une injection transparente, caractérisée par des perturbations de la position du faisceau stocké inférieures à 10% de sa taille rms, est un véritable défi. Aujourd'hui, cette tolérance est encore plus stricte en raison de l'avènement des synchrotrons de quatrième génération où les seuils de stabilité tombent à 2% ou 3%.

Le schéma d'injection standard de l'anneau de stockage de SOLEIL (2.75 GeV) repose sur deux aimants à septum et quatre kickers dipolaires rapides installés dans une section droite de 12 mètres de long. L'injection consiste à déplacer localement et momentanément le faisceau stocké en utilisant les kickers. Le réglage parfait des kickers, qui permettrait d’atteindre la transparence, est impossible, car il nécessite que les alimentations pulsées, les dépôts de Ti des chambres céramiques et les composants électroniques des aimants soient identiques. Afin d'éviter de déplacer le faisceau stocké, les quatre kickers peuvent être remplacés par un seul aimant pulsé, dont le champ magnétique à une forme octupolaire, fournissant une zone sans champ sur la trajectoire du faisceau stocké et une déviation horizontale au faisceau injecté qui minimise l'amplitude de son oscillation betatron. Ce Kicker d'Injection Multipolaire (MIK), développé dans le cadre d'une collaboration entre SOLEIL et MAX IV, actuellement en opération dans son anneau de stockage (3 GeV), démontre qu'il répond au cahier des charges. Une copie du MIK fut installée dans une section droite courte de l'anneau de SOLEIL en janvier 2021. Des perturbations inférieures à 2% de la taille rms du faisceau stocké furent mesurées en utilisant les diagnostics haute performance récemment mis en service. A l’occasion de ma soutenance, les principales difficultés de conception d'un aimant si innovant seront détaillées (dépôt de Ti, tolérances d'alignement, forme d’impulsion, etc.). Les développements apportés à la modélisation et l'optimisation de l'injection MIK, grâce aux codes TRACY-III et Accelerator Toolbox, seront présentés. Les performances de l'injection MIK modélisées seront comparées à celles du modèle d'injection standard, puis corrélées aux résultats expérimentaux. Les diagnostics haute performance, fournissant des mesures tour par tour des pertes électroniques, de la position et de la taille du faisceau, sont essentiels lorsque de tels niveaux de stabilité du faisceau sont atteints. Ils seront aussi présentés en détail.  Enfin, les mesures de certaines lignes de lumière caractérisant les performances des deux schémas d'injection seront exposées.