Développement du système de contrôle en temps-réel basé sur un détecteur diamant pour la source de rayons gamma ELI-NP

Development of the diamond detector based real-time monitoring system for the ELI-NP gamma beam source

• Auteur / Autrice : Themistoklis Williams
• Direction : Fabian Zomer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 04/10/2018
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabian Zomer, Achille Stocchi, Marco Costa, Alessandro Variola, Erich Griesmayer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marco Costa, Alessandro Variola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (lumière)

Lasers

Détecteurs de positionnement (physique nucleaire)

Rayons gamma

Accélérateurs d'électrons

Mots clés libres

Accélérateur

Rayons gamma

Détecteur diamant

Laser

Polarisation

Accelerator

Gamma rays

Diamond detector

Laser

Polarisation

Résumé

Cette thèse présente le développement d'un système de contrôle en temps réel basé sur un détecteur en diamant pour la nouvelle source de rayons gamma en cours de construction à Magurele, en Roumanie, pour le projet Extreme Light Infrastructure (ELI). La machine comprend un accélérateur linéaire d'électrons qui se sépare en deux lignes, une à basse énergie entre 80 et 320 MeV et l'autre à plus haute énergie pouvant atteindre 720 MeV. Sur les deux lignes, un recirculateur optique guide un laser haute puissance pour entrer en collision avec 32 paquets d'électrons afin de produire des rayons gamma par interaction Compton inverse. Cette machine est construite par le consortium européen EuroGammaS, dont le Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire fait partie et qui a pour mission de développer la plupart des composants optiques. C'est aussi là où j'ai préparé le travail présenté dans ce manuscrit. Les paquets d'électrons séparés de 16 ns collisionneront avec une impulsion laser à une fréquence de 100 Hz. Pour s'assurer de la qualité et de la stabilité de ces interactions, le système du détecteur diamant a été mis en place. Cela a impliqué du travail de simulation sous GEANT4 ainsi que des expériences pour tester l'équipement à HiGS aux Etats-Unis et à newSubaru au Japon, deux établissements scientifiques qui proposent aussi des sources de rayons gamma produits par interaction Compton inverse. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité de ce système en analysant l'efficacité de détection, la charge collectée ou encore la forme de faisceau. Ceci est encourageant en vue de l'installation et du commissioning qui sont attendus pour 2019.

This thesis discusses the development of a real-time monitoring system based on a diamond detector for the new gamma source being built in Magurele, Romania as part of the Extreme Light Infrastructure (ELI) project. The machine consists of an electron linear accelerator that branches into two lines, one at low energy between 80 and 320 MeV and one at higher energy going up to 720 MeV. On both lines, an optical recirculator leads a high power laser to collide with 32 electrons bunches to produce gamma rays by inverse Compton interaction. This machine is built by a European consortium named EuroGammaS, of which the "Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire" is a member and tasked with developing most of the optical components. This is where I prepared the work presented in this manuscript. The electron bunches separated by 16 ns will collide with a circulating laser pulse at a rate of 100 Hz. To monitor the quality and stability of these interactions, the diamond detector system has been set-up. This involved simulation work on GEANT4 as well as two experiments to test the equipment at HiGS in the USA and newSubaru in Japan, two facilities that also offer gamma ray beams produced by inverse Compton scattering. The results obtained demonstrate the effectiveness of the system by analysing detection efficiency, charge collected or beam shape. This is promising in anticipation of the installation and commissioning expected for 2019.