Introduction aux accélérateurs de particules

Leçon 1 • Classification des Particules Subatomiques

Couvre les quarks, leptons, bosons et hadrons avec leurs nombres quantiques. Établit le vocabulaire des particules utilisé tout au long du cours.

Leçon 2 • Forces Fondamentales et Interactions

Examine les quatre forces fondamentales et leurs intensités et portées relatives. Relie les porteurs de force au comportement des particules à l'intérieur des accélérateurs.

Leçon 3 • Relativité Restreinte pour les Accélérateurs

Introduit le facteur de Lorentz, la dilatation du temps et la quantité de mouvement relativiste. Ces concepts sont essentiels pour comprendre la dynamique des faisceaux à haute énergie.

Leçon 1 • Champs Magnétiques et Guidage du Faisceau

Examine la force de Lorentz, la rigidité magnétique et le rayon de courbure. Établit comment les aimants dipolaires guident les faisceaux le long de trajectoires courbes.

Leçon 2 • Stabilité de Phase et Mouvement Longitudinal

Couvre le principe de stabilité de phase et les oscillations synchrotron. Montre comment les particules restent groupées pendant l'accélération.

Leçon 3 • Focalisation du Faisceau avec des Quadripôles

Introduit les aimants quadripolaires, les champs de gradient et la focalisation à gradient alterné. Relie la focalisation transverse au confinement du faisceau.

Leçon 4 • Fondamentaux de l'Accélération par Radiofréquence

Introduit les cavités RF, les modes résonants et la phase synchrone. Explique pourquoi les champs RF sont préférés aux champs statiques pour l'accélération à haute énergie.

Leçon 1 • Synchrotrons et Anneaux de Stockage

Introduit la montée en champ des aimants, la synchronisation RF et les schémas d'injection. Démontre comment les synchrotrons atteignent les énergies de particules les plus élevées.

Leçon 2 • Collisionneurs et Machines à Cible Fixe

Compare l'énergie dans le centre de masse en mode collisionneur par rapport au mode cible fixe. Guide les étudiants dans la correspondance entre le type de machine et les objectifs physiques.

Leçon 3 • Accélérateurs Électrostatiques

Couvre les accélérateurs Van de Graaff, Cockcroft-Walton et Tandem. Établit la méthode d'accélération la plus simple comme référence pour la comparaison.

Leçon 4 • Cyclotrons et Cyclotrons Isochrones

Couvre la condition de résonance du cyclotron, la géométrie des électrodes en D et la conception isochrone. Explique comment les cyclotrons réalisent un fonctionnement compact à faisceau continu.

Leçon 1 • Matrices de Transfert et Conception de Réseau

Utilise le formalisme matriciel pour suivre les particules à travers les éléments optiques. Permet aux étudiants de concevoir et d'analyser des réseaux d'accélérateurs simples.

Leçon 2 • Paramètres de Twiss et Fonctions Bêta

Définit les paramètres de Twiss alpha, bêta et gamma ainsi que leur signification physique. Relie la conception du réseau au contrôle de l'enveloppe du faisceau.

Leçon 3 • Émittance et Espace des Phases

Introduit l'émittance normalisée et géométrique ainsi que le théorème de Liouville. Explique pourquoi l'émittance est la principale figure de mérite de la qualité du faisceau.

Leçon 4 • Chromaticité et Correction par Sextupôles

Définit la chromaticité et son effet sur la dispersion des fréquences de tune. Montre comment les aimants sextupolaires corrigent les aberrations chromatiques dans un anneau.

Leçon 1 • Diagnostic Longitudinal du Faisceau

Introduit la mesure de la longueur des paquets, les moniteurs de phase et les signaux Schottky. Fournit les outils de diagnostic nécessaires pour vérifier la qualité longitudinale du faisceau.

Leçon 2 • Conception des Cavités RF et Modes

Couvre la géométrie de la cavité cylindrique, les modes TM et les profils de champ. Établit la base électromagnétique pour toutes les structures d'accélération RF.

Leçon 3 • Technologie RF Supraconductrice

Examine les cavités en niobium, les systèmes cryogéniques et la résistance de surface. Explique les avantages en termes d'efficacité de la RF supraconductrice par rapport aux systèmes normalement conducteurs.

Leçon 4 • Charge de Faisceau et Contrôle par Rétroaction

Analyse la tension induite par le faisceau, le courant du générateur et la rétroaction RF de bas niveau. Montre comment les boucles de rétroaction maintiennent une accélération stable malgré la charge du faisceau.

Leçon 1 • Mesure du Profil Transverse du Faisceau

Passe en revue les scanners à fil, les moniteurs à écran et les moniteurs de lumière synchrotron. Fournit des méthodes pour mesurer l'émittance et la taille du faisceau.

Leçon 2 • Surveillance des Pertes de Faisceau

Introduit les chambres d'ionisation, les diodes PIN et les moniteurs de pertes à base de scintillateurs. Explique comment les signaux de pertes déclenchent les verrouillages de protection de la machine.

Leçon 3 • Moniteurs de Position du Faisceau

Couvre les BPM à bouton, les BPM à ligne à ruban et l'électronique de traitement du signal. Établit la mesure de position comme entrée principale de la rétroaction d'orbite.

Leçon 4 • Mesure du Courant et de l'Intensité du Faisceau

Examine les transformations de courant continu, les transformations de courant rapide et les cages de Faraday. Relie la mesure d'intensité à la protection et au réglage de la machine.

Leçon 1 • Impédance et Champs de Sillage

Définit l'impédance longitudinale et transverse, les potentiels de sillage et les facteurs de perte. Établit le couplage électromagnétique entre le faisceau et la chambre à vide.

Leçon 2 • Nuage Électronique et Piégeage d'Ions

Couvre l'accumulation du nuage électronique dans les anneaux de positrons et de protons et le piégeage d'ions dans les anneaux d'électrons. Fournit des méthodes d'atténuation pour les deux phénomènes.

Leçon 3 • Instabilités Transverses

Examine l'instabilité tête-queue, le couplage de modes transverses et le TMCI. Relie l'impédance à la croissance de l'émittance transverse et à la perte de faisceau.

Leçon 4 • Effets de Charge d'Espace

Analyse le décalage du tune dû à la charge d'espace directe et les instabilités d'enveloppe à basse énergie. Explique pourquoi la charge d'espace limite l'intensité dans les linacs et les anneaux de protons.

Leçon 1 • Sources de Lumière Synchrotron

Couvre le rayonnement des aimants de courbure, des onduleurs et des wigglers, ainsi que la conception des anneaux de stockage pour la production de photons. Relie les paramètres du faisceau à la brillance et à la cohérence des photons.

Leçon 2 • Systèmes de Contrôle des Accélérateurs

Examine l'architecture des systèmes de contrôle, les frameworks SCADA et les hiérarchies de verrouillage. Relie les données d'instrumentation au fonctionnement automatisé de la machine.

Leçon 3 • Compromis de Conception des Accélérateurs

Applique des critères de coût, d'empreinte au sol, d'énergie et de performance pour comparer les options de conception. Prépare les étudiants à participer à la planification de projets d'accélérateurs.

Leçon 4 • Lasers à Électrons Libres

Introduit le processus de gain FEL, le fonctionnement SASE et les exigences de qualité du faisceau d'électrons. Montre comment les accélérateurs permettent la production de rayons X cohérents.