M4 Refroidissement du faisceau

Topique

Lorsqu'un faisceau circule et est manipulé tout au long de sa durée de vie opérationnelle, divers effets tendent à augmenter progressivement son émittance, définie dans la section « Principes fondamentaux » comme une mesure de la concentration du faisceau. Ceci est indésirable car cela réduit la densité de collisions atteignable ou la qualité du faisceau délivré à une expérience sur cible fixe. Le refroidissement du faisceau regroupe les techniques conçues pour inverser cette augmentation en comprimant activement l'émittance d'un faisceau déjà accéléré. Le refroidissement par rayonnement synchrotron se produit naturellement dans les anneaux d'électrons de haute énergie : chaque fois qu'une particule rayonne de l'énergie en courbant sa trajectoire (phénomène décrit dans la section « Principes fondamentaux » comme une perte dominante d'électrons), elle perd à la fois la composante de son mouvement le long de la machine et sa composante transversale. Cependant, le système de radiofréquence ne compense que la première, de sorte que, tour après tour, la composante transversale est progressivement amortie jusqu'à une valeur d'équilibre spécifique à chaque machine. Le refroidissement électronique, généralement utilisé pour les faisceaux d'ions, superpose un faisceau auxiliaire d'électrons très froids se déplaçant à la même vitesse moyenne au faisceau principal. Sous l'effet de collisions répétées avec ce faisceau froid, les particules du faisceau principal transfèrent progressivement leur excès de diffusion de vitesse aux électrons, qui sont ensuite continuellement éliminés et remplacés. Un refroidissement stochastique mesure en continu les infimes déviations d'un groupe de particules par rapport au centre du faisceau et applique une correction quasi instantanée grâce à des électrodes dédiées, réduisant ainsi progressivement la diffusion globale du faisceau. Ce module, dont l'émittance initiale diminue avec l'utilisation, démontre que cette dégradation, loin d'être irréversible, peut être activement inversée par des techniques choisies en fonction du type de particule et du temps disponible.

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