Monitorage rapide et asservissement de la luminosité de collisionneur électron-positron japonais SuperKEKB avec des capteurs diamant CVD monocristallins

par Chengguo Pang

Projet de thèse en Physique des accélérateurs

Sous la direction de Philip Bambade.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (laboratoire) et de université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Parce que les tailles de faisceau du collisionneur électron-positron SuperKEKB sont minuscules au point d'interaction, la luminosité est très sensible à la stabilité des derniers éléments de focalisation. Des vibrations allant jusqu'à environ 5-6 nm, ce qui correspond à un dixième de la taille du faisceau, sont attendues dans le plan vertical, pour des fréquences allant jusqu'à 100 Hz. Dans le plan horizontal des mouvements d'une centaine de nm sont attendues, à quelques Hz. Un système de rétroaction basé sur des mesures de luminosité rapides est essentiel pour faire face à de telles variations. Une précision relative de 10-3 en 1 msec, intégrée sur tous les 2500 paquets du faisceau, avec une contamination par les processus de bruit de fond inférieure à 1%, sont spécifiées. Des luminosités paquet à l'échelle de la seconde sont également importantes pour les études de dynamique des faisceaux, compte tenu notamment du système d'injection continue utilisé à SuperKEKB. Ces mesures précises et rapides ne seront possibles qu'en exploitant la très grande section efficace du processus Bhabha radiatif à angle de diffusion évanescent. Les photons et positrons diffusés seront mesurés à deux emplacements dédiés, respectivement à 11,5 et 30 mètres en aval du point de collision, dans le HER (High Energy Ring) et le LER (Low Energy Ring). L'emplacement dans le LER a été choisi pour maximiser le taux de comptage du signal tout en minimisant la contribution des processus de bruits de fond, tout en tenant compte de la géométrie du tube à vide.

  • Titre traduit

    Fast luminosity monitoring and feedback using monocrystalline CVD diamond sensors at the SuperKEKB electron-positron collider in Japan


  • Résumé

    Because the beam sizes in the SuperKEKB electron-positron collider are tiny at the interaction point, the luminosity is very sensitive to the stability of the last focusing elements. Vibration of up to about 5-6 nm, corresponding to a tenth of the beam size, is expected in the vertical plane for frequencies up to 100 Hz. In the horizontal plane motion of hundreds of nm is expected at a few Hz. A feedback system based on fast luminosity measurements is essential to cope with such variations. A relative precision of 10-3 in 1 msec over all 2500 bunches, with less than 1% contamination from non-luminosity scaling effects, is specified. Average single bunch luminosities on second time scales are also important for beam dynamics studies, related for instance to the continuous top-up injection scheme used at SuperKEKB. Such precise and fast measurements will only be possible exploiting the very large cross section of the radiative Bhabha process at zero photon scattering angle. Both scattered photons and positrons will be measured, at two dedicated locations 11.5 and 30 meters downstream of the collision point, in the HER (High Energy Ring) and LER (Low Energy Ring), respectively. The LER location was chosen to maximize signal rates and minimize backgrounds, taking into account the beam pipe geometry.