Conception et réalisation d'un émittancemètre 4D

Design and realization of a 4D emittancemeter

• Auteur / Autrice : Aurore Dumancic
• Direction : Jérôme Schwindling
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 01/10/2019
• 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 : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers - Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Puzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Schwindling, Patrick Puzo, Gilles Ban, Klaus Hanke, Jacques Marroncle, Jean-Luc Biarrotte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Ban, Klaus Hanke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conception technique

Faisceaux, Dynamique des

Faisceaux de particules

Mots clés libres

Accélérateur de protons

Émittance

Émittancemètre Poivrier

Diagnostic de faisceau

Injecteur fort courant

Haute résolution

Protons accelerator

Emittance

Perpperpot emittancemeter

Beam diagnostic

High intensity injecteur

High résolution

Résumé

L’émittance est une caractéristique importante pour le transport de faisceau de particules chargées. Elle caractérise la distribution spatiale et angulaire des particules. La mesure de l’émittance à quatre dimensions (xx’yy’) permettrait d’améliorer la connaissance de la dynamique du faisceau et ainsi incrémenter la qualité des simulations de transport de faisceau.Le but du projet EMIT4D est la conception et la réalisation d’un diagnostic interceptif pour mesurer l’émittance à quatre dimensions de faisceaux de protons de basse à moyenne énergie, à fort courant. Le caractère novateur de ce projet réside à la fois dans sa conception et dans ses fonctions. Au-delà du fait que ce type de diagnostic quatre dimensions pour faisceau intense n’existe pas sur le marché, l’accent a été mis sur la précision et la polyvalence du système. Il pourra ainsi être implanté sur de nombreux injecteurs de protons pour mesurer l’émittance à quatre dimensions avec une précision inégalée.La conception de cet instrument innovant repose sur des études théoriques et de la R&D dans de nombreux domaines tels la conception mécanique, l’optique de précision, le refroidissement et le choix des matériaux, le choix et l’analyse des performances de scintillateurs et de caméras numériques, l’élaboration d’un programme de contrôle-commande et d’un programme d’analyse des données recueillies, la mise en œuvre du diagnostic et la comparaison avec d’autres émittancemètres. Un prototype fonctionnel a été réalisé dans le cadre de cette thèse. Ensuite le prototype a été testé en faisceau sur les injecteurs des projets FAIR et IPHI aux limites de la gamme d’énergie supportée, pour valider son fonctionnement.

The emittance is an important characteristic of propagating charged particle beams. It characterizes the spatial and angular distribution of particles. Measuring four-dimensional (xx'yy') emittance would improve knowledge of beam dynamics and the prediction of the beam behavior and transport.The goal of the EMIT4D project is to design and realize an interceptive diagnostic to measure the four-dimensional emittance of low to medium energy, high current proton beams. The innovative nature of this project lies in both its design and its functions. This type of four-dimensional intense beam diagnostics does not exist on the market and the focus has been on the accuracy and versatility of the system. It can be used on many protons injectors to measure four-dimensional emittance with high resolution.The design of this innovative instrument is based on theoretical studies and R&D in many fields such as mechanics, precision optics, cooling and material selection, scintillator and camera performance selection and analysis, development of a control-command program and a data processing program, the implementation of the diagnostics and the comparison with other emittancemeters. A functional prototype has been realized. For the functional validation, the prototype has been tested at its energy limits on the injectors of FAIR and IPHI beams.