Optimisation de la ligne de faisceau du système de focalisation finale à long L* du collisionneur linéaire CLIC et étude des optiques de focalisation de l'ATF2 à ultra-bas β* avec utilisation d'octupôles

Optics optimization of longer L* Beam Delivery System designs for CLIC and tuning of the ATF2 final focus system at ultra-low β* using octupoles

• Auteur / Autrice : Fabien Plassard
• Direction : Philip Bambade, Rogelio Tomás García
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 06/07/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019) - Centre européen pour la recherche nucléaire
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philip Bambade, Rogelio Tomás García, Achille Stocchi, Frank Zimmermann, Andrea Jérémie, Angeles Faus-Golfe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frank Zimmermann, Andrea Jérémie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lentilles (optique)

Luminosité

Faisceaux, Dynamique des

Collisionneurs linéaires

Mots clés libres

Collisionneurs linéaires

Dynamique des faisceaux

Aberrations (optique)

Luminosité

Linear collider

Beam dynamics

Aberrations (optical)

Luminosity

Résumé

Un défi important pour les futurs collisionneurs linéaires électron-positron est de pouvoir focaliser le faisceau à des tailles transverses de l’ordre du nanomètre au point d’interaction (IP), permettant d’atteindre la luminosité de conception. Le système délivrant les faisceaux d’e- et de e + de la sortie du Linac principal vers le point d’interaction, le Beam Delivery System (BDS), réalise les fonctions critiques requises pour atteindre l’objectif de luminosité, tel que la collimation et la focalisation du faisceau. Le faisceau est focalisé par le système de focalisation finale (FFS) tout en corrigeant les aberrations d’ordre supérieur propagées le long du système. Les effets chromatiques contribuant à l’élargissement de la taille du faisceau, sont amplifiés par la force de focalisation des deux derniers quadripôles QF1 et QD0, ou doublet final (FD), et par la longueur de la distance focale finale L* entre QD0 et l’IP. L’approche de correction de la chromaticité retenue pour les deux grands projets actuels de collisionneurs linéaires, CLIC et ILC, est fondée sur la correction locale de la chromaticité générée par le doublet final. Ce schéma est actuellement testé à l’ATF2 au KEK (Japon). Ce travail de thèse se concentre sur les problématiques liées au système de focalisation finale du projet CLIC re-optimisé avec un plus long L*, dans le cadre de la simplification de l’interface machine-détecteur (MDI), ainsi que sur le travail expérimental conduit à l’ATF2 pour l’optimisation et l’étude des optiques du système de focalisation finale à ultra-bas β* incluant les tout premiers est in situ des octupôles à l’ATF2.

The future machines considered to carry out high precision physics in the TeV energy regime are electron-positron (e+e−) linear colliders. Future linear colliders feature nanometer beam spot sizes at the Interaction Point. The Beam Delivery System (BDS) transports the e + and e− beams from the exit of the linacs to the IP by performing the critical functions required to meet the CLIC luminosity goal such as beam collimation and focusing. The beam is focused through the Final Focus System while correcting higher order transport aberrations in order to deliver the design IP beam sizes. The chromatic contributions are amplified by the focusing strength of the two last quadrupoles named QD0 and QF1, reffered to as the Final Doublet (FD), and by the length of the final focal distance L* between QD0 and the IP. The chromaticity correction approach chosen for the CLIC FFS is based on the Local chromaticity correction scheme which uses interleaved pairs of sextupole magnets in the FD region in order to locally and simultaneously correct horizontal and vertical chromaticity. The current linear collider projects, the Compact Linear Collider (CLIC) and the International Linear Collider (ILC) have FFS lattices based on the Local Chromaticity correction scheme. This scheme is being tested in the Accelerator Test Facility 2 (ATF2) at KEK (Japan). This thesis concentrates on problems related to the optimization of BDS lattices for the simplification of the CLIC Machine Detector Interface (MDI) and on the experimental work for the implementation and study of a CLIClike FFS optics for the ATF2, referred to as ultra-low β* optics.