Accélérateur linéaire 4

L’accélérateur linéaire 4 (Linac 4) porte des ions d’hydrogène négatifs  à des énergies élevées. Il constituera la source de faisceaux de protons du Grand collisionneur de hadrons (LHC) après le long arrêt prévu en 2019-2020.

Le Linac 4 portera les ions d’hydrogène négatifs (H-, formés d’un atome d’hydrogène et d’un électron supplémentaire) à l’énergie de 160 MeV avant de les transmettre à l’injecteur du Synchrotron à protons (Booster du PS), qui fait partie de la chaîne d’injection du LHC. 

Les accélérateurs linéaires emploient des cavités radiofréquence pour charger des conducteurs cylindriques. Les ions franchissent les conducteurs, qui oscillent entre charge positive et charge négative. Les conducteurs exercent ainsi alternativement une répulsion et une attraction sur les particules, provoquant leur accélération. Des aimants quadripôles resserrent le faisceau.

Le Linac 4 est composé d’une source d’ions H- et de quatre types de structures accélératrices : les particules sont successivement accélérées à 3 MeV par un quadripôle radiofréquence (RFQ), à 50 MeV par des linacs à tube de glissement (DTL), puis à 100 MeV par des linacs à tube de glissement à cavités couplées (CCDTL), et enfin à 160 MeV par des structures en mode PI (PIMS). Le Linac 4 comporte également un équipement dénommé ligne Chopper : son rôle est de découper le faisceau à la même fréquence que celle du Booster du PS.

Au moment de leur injection dans le Synchrotron injecteur du PS, les ions sont débarrassés de leurs deux électrons, de sorte que ne subsistent que les protons. Ce procédé permet d’accumuler davantage de particules dans le synchrotron, de simplifier l’injection, de réduire les pertes de faisceau lors de l’injection et d'obtenir un faisceau plus brillant.

Le Linac 4 mesure 86 mètres de long et est situé à 12 mètres sous terre. La production des premiers faisceaux a commencé en 2013. L'énergie de 160  MeV a été atteinte en 2016, après la mise en service de toutes les structures accélératrices. Durant le long arrêt du LHC prévu pour 2019-2020, le Linac 4 remplacera le Linac 2, qui accélère actuellement les protons jusqu’à 50 MeV.  Le Linac 4 est un élément clé  du projet visant à relever la luminosité du LHC au cours de la prochaine décennie.

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