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Le Linac 4 a atteint son objectif d'énergie

Après avoir accéléré un faisceau jusqu'à 160 MeV, son énergie nominale, le Linac 4 entre dans une nouvelle phase de sa mise en service

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Le Linac 4 a atteint son objectif d'énergie

Le 25 octobre 2016, le Linac 4 a atteint l'énergie nominale de 160 MeV grâce à la mise en service successive de ses 12 structures accélératrices en mode pi (PIMS) (Image : Andrew Hara).

Le Linac 4, le nouvel accélérateur linéaire du CERN, a accéléré un faisceau jusqu'à son énergie nominale, soit 160 MeV. Cette étape importante de la phase de mise en service de l'accélérateur a été franchie le 25 octobre.

Le Linac 4 constituera la source de faisceaux de protons du complexe d'accélérateurs du CERN, dont le LHC, après le long arrêt prévu en 2019-2020. Il remplacera le Linac 2 actuel en tant que premier maillon de la chaîne d'accélérateurs, propulsant des protons à l'énergie de 50 MeV. Le nouvel accélérateur de 30 mètres de longueur propulsera des ions d'hydrogène (des protons entourés de deux électrons) à l'énergie de 160 MeV, avant de les envoyer vers le Booster du synchrotron à protons (PSB). Là, les ions seront débarrassés de leurs deux électrons de sorte que ne subsistent que les protons, lesquels seront accélérés encore avant de terminer leur course dans le LHC.

Le Linac 4 comprend quatre types de structures accélératrices permettant de porter les particules à des énergies de plus en plus élevées, en les faisant passer par différents seuils. Ces structures accélératrices ont été mises en service les unes après les autres : en novembre 2013, le premier faisceau d'ions d'hydrogène a été accéléré jusqu'à l'énergie de 3 MeV, et, deux ans plus tard, le Linac 4 a atteint une énergie de 50 MeV, soit l'énergie à laquelle fonctionne aujourd’hui le Linac 2. Le 1er juillet 2016, il franchissait la barre des 100 MeV.  Et finalement, le 25 octobre, le Linac 4 a atteint son énergie nominale de 160 MeV après la mise en service successive des 12 structures en mode pi (PIMS), construites au terme d’une collaboration entre les instituts NCBJ en Pologne, FZJ en Allemagne et le CERN.

Dans le cadre du programme d’amélioration des injecteurs du LHC (LIU), une équipe travaille maintenant à l'étape suivante : tester, dans la ligne de transfert du Linac 4, l'équipement d'injection dans le PSB. Cet équipement sera installé dans le PSB durant le deuxième long arrêt technique (LS2) démarrant en 2019.

En effet, la technique d'injection dans le PSB est basée sur un principe innovant, inédit au CERN pour les faisceaux de protons. Pour produire les faisceaux requis pour le LHC haute luminosité (HL-LHC), le faisceau d'ions hydrogène de 160 MeV du Linac 4 sera envoyé sur une feuille de carbone extrêmement mince, qui dépouillera les ions de leurs électrons. Le faisceau de protons ainsi obtenu sera envoyé dans une chicane d'injection spéciale. Cette chicane permet de faire circuler le faisceau de protons tout en injectant le faisceau d'ions hydrogène. Cette technique est cruciale pour produire des faisceaux plus lumineux et de meilleure qualité nécessaires au HL-LHC, mais également bénéfique pour d'autres expériences qui utilisent le faisceau de protons du PSB.

Pour tester cette nouvelle technique, la mince feuille de carbone a été insérée dans une installation temporaire, le test de demi-secteur, mis en place au cours de l'été 2016 dans la ligne de transfert Linac 4. L'installation est utilisée pour pré-tester l'équipement complexe de la moitié de la future chicane d'injection PSB. 

 

L'installation temporaire de test de demi-secteur dans la ligne de transfert du Linac 4. De droite à gauche sur l'image, on peut voir le système d’extraction des électrons (la boîte grise au premier plan), les aimants de chicane (les structures bleues), et le système temporaire d’arrêt de faisceau (la structure verte dans la partie la plus à gauche de l'image).

L'installation test a débuté sa mise en service juste après que le Linac 4 eut accéléré son premier faisceau à 160 MeV. Elle fonctionnera jusqu'à fin mars 2017. Cette installation permettra des études détaillées de l'équipement qui sera installé au point d'injection du PS Booster pendant le deuxième long arrêt technique (LS2). En parallèle, d'autres matériaux pour la feuille sont évalués dans une installation permanente de la ligne de transfert du Linac 4. Cette installation restera en place à la fin de la mise en service.

La feuille de carbone d’extraction des électrons dans l'installation de test de demi-secteur. Elle sert à dépouiller les ions hydrogène de leurs deux électrons afin de créer le faisceau de protons ensuite injecté dans le Booster du PS.