A Glimpse on CLIC D. Schulte for the CLIC team D. - PowerPoint PPT Presentation

A ¡Glimpse ¡on ¡CLIC ¡ D. ¡Schulte ¡for ¡the ¡CLIC ¡team ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 1 ¡

World-­‑wide ¡CLIC&CTF3 ¡CollaboraKon ¡ 41 Institutes from 21 countries ACAS (Australia) Gazi Universities (Turkey) John Adams Institute/RHUL (UK) Polytech. University of Catalonia (Spain) Aarhus University (Denmark) Helsinki Institute of Physics (Finland) Ankara University (Turkey) JINR (Russia) PSI (Switzerland) IAP (Russia) Karlsruhe University (Germany) RAL (UK) Argonne National Laboratory (USA) IAP NASU (Ukraine) Athens University (Greece) KEK (Japan) RRCAT / Indore (India) IHEP (China) LAL / Orsay (France) SLAC (USA) BINP (Russia) INFN / LNF (Italy) LAPP / ESIA (France) Thrace University (Greece) CERN Instituto de Fisica Corpuscular (Spain) CIEMAT (Spain) NCP (Pakistan) Tsinghua University (China) IRFU / Saclay (France) NIKHEF/Amsterdam (Netherlands) University of Oslo (Norway) Cockcroft Institute (UK) D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 2 ¡ Jefferson Lab (USA) ETHZurich (Switzerland) North-West. Univ. Illinois (USA) Uppsala University (Sweden) John Adams Institute/Oxford (UK) Patras University (Greece) UCSC SCIPP (USA) FERMILAB

Conceptual ¡Design ¡Report: ¡ ¡ Towards ¡European ¡Strategy ¡for ¡HEP ¡(mid ¡2012) ¡ 3 ¡volumes: ¡ hUp://project-­‑clic-­‑cdr.web.cern.ch/project-­‑CLIC-­‑CDR/ ¡ – Vol ¡1: ¡ ¡The ¡CLIC ¡accelerator ¡and ¡site ¡faciliKes ¡ • Feasibility ¡study ¡of ¡CLIC ¡parameters ¡opKmized ¡at ¡3 ¡TeV ¡ (most ¡demanding) ¡ • ApplicaKon ¡to ¡500 ¡GeV ¡as ¡first ¡stage ¡and ¡intermediate ¡energy ¡range ¡ ¡ – Vol ¡2: ¡ ¡The ¡CLIC ¡physics ¡and ¡detectors ¡ • ¡ExploraKon ¡over ¡mulK-­‑TeV ¡energy ¡range ¡up ¡to ¡3 ¡TeV ¡ – Vol ¡3: ¡ ¡CLIC ¡study ¡summary ¡ • Comprehensive ¡summary ¡for ¡European ¡Strategy ¡ • Staging ¡scenario ¡compaKble ¡with ¡LHC ¡Physics ¡ • Including ¡cost ¡& ¡power ¡drivers ¡& ¡issues ¡(R&D ¡miKgaKon ¡in ¡next ¡phase) ¡ • Proposing ¡objecKves ¡and ¡work ¡plan ¡of ¡post-­‑CDR ¡phase ¡ ¡ ¡ Schedule: ¡ ¡ December ¡2011: ¡Dra^s ¡Vol ¡1 ¡& ¡2 ¡presented ¡@ ¡SPC ¡for ¡ comments ¡ Spring ¡2012: ¡Final ¡Vol ¡1, ¡2 ¡& ¡3 ¡to ¡European ¡Strategy ¡for ¡PP ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 3 ¡

CLIC ¡Layout ¡at ¡3 ¡TeV ¡ 797 klystrons Drive Beam 797 klystrons circumferences 15 MW, 139 µs 15 MW, 139 µs Generation delay loop 73.0 m drive beam accelerator drive beam accelerator Complex CR1 292.2 m (c)FT 2.38 GeV, 1.0 GHz 2.38 GeV, 1.0 GHz CR2 438.3 m 2.5 km 2.5 km delay loop delay loop CR2 CR2 Drive Beam CR1 CR1 decelerator , 24 sectors of 876 m BC2 BC2 BDS BDS 2.75 km 2.75 km IP e – main linac , 12 GHz, 100 MV/m, 21.02 km e + main linac TA TA 48.3 km Main Beam booster linac , 6.14 GeV CR combiner ring TA turnaround DR damping ring BC1 PDR predamping ring e – injector , e + injector , BC bunch compressor e – e – e + e + Main Beam 2.86 GeV 2.86 GeV BDS beam delivery system PDR DR DR PDR IP interaction point Generation 398 m 421 m 421 m 398 m dump Complex D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 4 ¡

CLIC ¡Main ¡Parameters http://cdsweb.cern.ch/record/1132079?ln=fr http://clic-meeting.web.cern.ch/clic-meeting/clictable2007.html High ¡gradient ¡to ¡reduce ¡cost ¡ Break ¡down ¡of ¡structures ¡at ¡high ¡fields ¡ • and ¡long ¡pulses ¡ Pushes ¡to ¡short ¡pulses ¡ • and ¡small ¡iris ¡radii ¡(high ¡wakefields) ¡ • High ¡luminosity ¡ Improve ¡wall ¡plug ¡to ¡RF ¡efficiency ¡ • Push ¡RF ¡to ¡beam ¡efficiency ¡ • Push ¡single ¡bunch ¡charge ¡to ¡beam ¡ • dynamics ¡limit ¡ Reduce ¡bunch ¡distance ¡to ¡beam ¡ • dynamics ¡limit ¡ Push ¡specific ¡luminosity ¡-­‑> ¡High ¡beam ¡ • quality ¡ Beam-­‑based ¡alignment ¡and ¡tuning ¡ • Excellent ¡pre-­‑alignment ¡ • Component ¡stabilisaKon ¡ • D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 5 ¡

Two-­‑beam ¡Scheme RF ¡Power ¡per ¡structure ¡~65MW ¡ No ¡of ¡structures ¡~140,000 ¡ Total ¡power ¡~ ¡9.1 ¡PW ¡ A. Samoshkin RF ¡power ¡is ¡produced ¡by ¡drive ¡beam ¡ Drive ¡beam ¡100A ¡current, ¡2.5GeV ¡ Main ¡beam: ¡1.2A, ¡1500GeV ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 6 ¡

CLIC ¡Drive ¡Beam ¡GeneraKon ¡Concept ¡ ¡ Delay Loop × 2 Drive Beam Accelerator gap creation, pulse efficient acceleration in fully loaded linac compression & frequency multiplication RF Transverse Deflectors Combiner Ring × 3 pulse compression & Combiner Ring × 4 frequency multiplication pulse compression & frequency multiplication CLIC RF POWER SOURCE LAYOUT Drive Beam Decelerator Section (2 × 24 in total) Power Extraction Drive beam time structure - final Drive beam time structure - initial 240 ns 240 ns 5.8 µ s 140 µ s train length - 24 × 24 sub-pulses 24 pulses – 101 A – 2.5 cm between bunches 4.2 A - 2.4 GeV – 60 cm between bunches D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 7 ¡

CLIC: ¡Why ¡100 ¡MV/m ¡and ¡12 ¡GHz ¡? ¡ ¡ • OpKmisaKon ¡1 ¡ – Luminosity ¡per ¡ linac ¡input ¡ power ¡ • OpKmisaKon ¡2 ¡ – Total ¡project ¡ cost ¡ A.Grudiev ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 8 ¡

Can ¡We ¡Achieve ¡the ¡Energy? ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 9 ¡

Main Linac Gradient Limitations ¡ Structures ¡suffer ¡from ¡breakdown ¡ • – Need ¡to ¡limit ¡rate ¡of ¡breakdowns ¡to ¡ p=3x10 -­‑7 m -­‑1 pulse -­‑1 ¡ Structure ¡design ¡based ¡on ¡empirical ¡constraints ¡ • – Maximum ¡surface ¡field: ¡E surf <260MV/m ¡ – Maximum ¡temperature ¡rise ¡of ¡the ¡surface: ¡ ΔT<56K ¡ – Maximum ¡power ¡flow ¡through ¡the ¡iris: ¡P/(2πa) τ 1/3 <18MW/mm ¡ns 1/3 ¡ Experiments ¡are ¡essenKal ¡to ¡confirm ¡the ¡structure ¡ • performance ¡ – No ¡calculaKon ¡from ¡first ¡principle ¡exists ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 10 ¡

AcceleraKng ¡Structure ¡Results ¡(SLAC/KEK) ¡ Simple ¡early ¡design ¡ More ¡efficient ¡fully ¡ • Structures ¡improve ¡ to ¡get ¡started ¡ op6mised ¡structure ¡ with ¡Kme ¡ (condiKoning) ¡ No ¡damping ¡ T18 ¡ T24 ¡ waveguides ¡ • ¡Hard ¡to ¡measure ¡ Damping ¡waveguides ¡ ¡ TD18 ¡ TD24 ¡= ¡CLIC ¡goal ¡ gradient ¡at ¡low ¡break ¡ down ¡rate ¡ ) m S. ¡Doebert ¡et ¡al. ¡ -­‑> ¡have ¡to ¡extrapolate ¡ ( -3 10 / T18 [1] 230 ns, 1400 h beam ¡ T18 [2] KEK 252 ns y t T18 [3] 230 ns, 200 h i • ¡Structures ¡measured ¡with ¡no ¡ TD18 [1] 230 ns, 1000 h l TD18 [2] KEK 252 ns 2000h i -4 beam ¡loading ¡ b 10 TD18 [2] KEK 252 ns 2500h a CLIC goal b -­‑> ¡need ¡to ¡repeat ¡measurement ¡ o r with ¡beam ¡ p n -5 w 10 o Will ¡test ¡TD24 ¡this ¡year ¡ d k • ¡expect ¡similar ¡or ¡slightly ¡beUer ¡ a e r performance ¡ B -6 10 -7 10 D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 11 ¡ 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Average unloaded gradient (MV/m)

Unloaded ¡Gradient ¡at ¡CLIC ¡4*10 -­‑7 ¡BDR ¡and ¡180 ¡ns ¡Pulse ¡Length ¡ 1400 ¡ T18 ¡– ¡strong ¡tapering ¡ T18 ¡– ¡strong ¡tapering ¡ 3900 ¡ T18 ¡– ¡strong ¡tapering ¡(now ¡with ¡recirculaKon) ¡ 280 ¡ 550 ¡ T18 ¡– ¡strong ¡tapering ¡(CERN ¡built) ¡ ¡ condiKoning ¡ ¡ Kme ¡[hr] ¡ 1300 ¡ TD18 ¡– ¡waveguide ¡damping ¡ 3200 ¡ TD18 ¡– ¡waveguide ¡damping ¡ 600 ¡ T24 ¡– ¡high ¡efficiency ¡ T24 ¡– ¡high ¡efficiency ¡ 1570 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 80 ¡ 90 ¡ 100 ¡ 110 ¡ 120 ¡ 130 ¡ MV/m ¡ Interrupted ¡by ¡earthquake ¡in ¡Japan ¡ D. ¡Schulte ¡ MPI ¡München, ¡June ¡28rst ¡2011 ¡ ¡ 12 ¡