PERLE et le LPSC : un accélérateur de nouvelle génération

PERLE (Powerful Energy Recovery Linac for Experiments) est un projet d'accélérateur linéaire à récupération d'énergie (Energy Recovery Linac ou ERL). Il comprend une première section pour produire et préparer les électrons sous forme de paquets temporels avant leur injection dans une section accélératrice linéaire. Après leur accélération et leur utilisation, les paquets de faisceaux en circulation dans la machine restituent leur énergie pour accélérer les paquets de faisceaux suivants, nouvellement injectés dans l'accélérateur : c'est le principe de l'ERL. Ce concept permet de minimiser la consommation énergétique en fonctionnement continu de l'installation. PERLE a pour but de construire et mettre en œuvre le démonstrateur d'accélérateur d'électrons de type ERL le plus puissant au monde, sur le site d'Orsay à IJCLab.

Le LPSC travaille sur le projet d'accélérateur à récupération d'énergie PERLE depuis 2022. Progressivement, la contribution du LPSC s'est accrue au cours des années pour atteindre une douzaine de personnes maintenant. Nous sommes impliqués sur la source d'électrons, l'évaluation de la consommation énergétique, la dynamique de faisceau, les coupleurs de puissance, les moniteurs de position et les aimants.

La toute première brique de cet accélérateur est la source de production des électrons, qui a pour but de générer des paquets très intenses d'électrons (500 pC) à une fréquence de 40 MHz, soit 20 mA de courant moyen, pour injecter continuellement l'ERL. La mise en œuvre de cette source d'électrons est menée par une équipe conjointe IJCLab–LPSC, dirigée par le LPSC. Cette source est un canon à tension continue permettant la production d'électrons par photoémission (DC photogun) : les électrons sont produits par une surface émettrice d'électrons (photocathode) sous l'illumination d'un laser de longueur d'onde adaptée, puis accélérés sous l'effet d'une haute tension. Ce photogun est développé dans le cadre d'un accord de collaboration avec la société allemande Research Instruments (RI GmbH). Le canon a été assemblé en salle propre, puis étuvé longuement pour atteindre un niveau de vide excellent (1E-11 mbar). Un conditionnement progressif de la haute tension a été réalisé. Un laser a été approvisionné (1 W, 515 nm, 40 MHz) et mis en œuvre pour transporter la lumière laser sur la photocathode. L'équipe a effectué le dépôt de la photocathode (CsK2Sb) dans un bâti dédié, atteignant une efficacité quantique de QE=6,5% (515 nm) puis inséré dans le canon.