International Linear Collider

Präsentation zum Thema: "International Linear Collider"—  Präsentation transkript:

1 International Linear Collider
Lutz Lilje Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

2 Übersicht Was ist der ILC? Kurze Beschreibung der Maschine
ILC = International Linear Collider Kurze Beschreibung der Maschine Reference Design Report Aktuelle technische Entwicklungen/Tests Z.B. Supraleitende Hochfrequenztechnik Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung Z.B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

3 Übersicht Was ist der ILC? Kurze Beschreibung der Maschine
ILC = International Linear Collider Kurze Beschreibung der Maschine Reference Design Report Aktuelle technische Entwicklungen/Tests Z.B. Supraleitende Hochfrequenztechnik Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung Z.B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

4 Was ist der ILC? Supraleitender Linearbeschleuniger für Teilchenphysik mit Elektron-Positron-Kollisionen Elektron-Positron-Kollisionen? Prinzipiell sind sauberere Messungen möglich als z.B. bei Proton-Proton-Kollisionen bei LHC Z.B. PETRA I mit der Entdeckung der 3-Jet Ereignisse -> Gluonenabstrahlung! Hoffnung auf Präzisionsmessungen am Higgs-Teilchen Wenn‘s das denn wirklich gibt… … aber das wird der LHC ja zeigen. Supraleitender Linearbeschleuniger ? War da nicht mal was Anderes !?!?!? Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

5 Beschleunigerseminar
Grömitz Global Design Effort

6 Hadronische Ereignisse bei PETRA I
Aus Sicht der Strahlachse Überwiegend 2-Jet Ereignisse z.B. Quark-Antiquark-Erzeugung 3-Jet Ereignis bei JADE aus der Sicht der Strahlachse Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

7 Leichtes Higgs ? Global Design Effort Beschleunigerseminar
Grömitz Global Design Effort

8 ILC: Precision Higgs physics
Model-independent Studies mass absolute branching ratios total width spin top Yukawa coupling self coupling Precision Measurements Garcia-Abia et al Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

9 ILC Requirements Ecm adjustable from 200 – 500 GeV
Luminosity: ∫Ldt = 500 fb-1 in 4 years Peak at max. energy of 2×1034cm-2s-1 Assume 1/g L scaling for <500 GeV Energy stability and precision below 0.1% Electron polarization of at least 80% The machine must be upgradeable to 1 TeV Two detectors Single IR in push-pull configuration Detector change-over in not more than 1 week Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 9

10 TESLA: Fortentwicklung zum ILC und XFEL
Es gibt viel zu lesen: 1965 Vorschlag zu einem Linearcollider von M. Tigner 2001 TESLA TDR mit integriertem XFEL Aber auch Vorschläge für Linearcollider mit normalleitender Technologie 2002 TDR Ergänzung für seperaten XFEL 2004 Entscheidung für eine supraleitende Maschine (ITRP) Eigentlicher Beginn des ILC Programms 2006 XFEL TDR 2007 ILC RDR Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

11 FLASH beschleunigt mit TESLA Technologie
Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008

12 Übersicht Was ist der ILC? Kurze Beschreibung der Maschine
ILC = International Linear Collider Kurze Beschreibung der Maschine Reference Design Report Aktuelle technische Entwicklungen/Tests Z.B. Supraleitende Hochfrequenztechnik Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung Z.B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

13 IP and 2 moveable detectors
ILC Layout e- main linac IP and 2 moveable detectors e+ main linac e+ beam dump e- beam dump e- e+ damping rings e- source + pre-acceleration e+ pre-acceleration e+ production undulator target e+ transport line e- transport line 2-stage bunch compression Total length: ~31 km Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

14 ILC Reference Design High-gradient R&D Industrialisation
Mass-production Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 14

15 ILC Reference Design Positron production
150 GeV primary e- beam used to generate gammas via a helical undulator. Thin-target conversion into e+e- pairs 1.2 km insert into main SCRF linac Additional “keep-alive” independent thick-target source (10% nominal) Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 15

16 ILC Reference Design 6.4 km Damping Rings Located centrally
e+ / e- Located centrally around Interaction Region (IR) 10 m above IR plane Both rings housed in same tunnel (stacked) Cockcroft institute, UK Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 16

17 ILC Reference Design Beam Delivery System
Diagnostics Beam halo collimation Demagnification of the beam at the Interaction Point Geometry laid out for Ecm ~ 1 TeV Not all magnets installed for 1 TeV ±2.2 km Single interaction region Push/pull detector concept assumed SLAC Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 17

18 Cost (VALUE) Estimate 10,000 person-years “implicit” labour
Estimated cost (2007) ~6.7 Billion ILCU* 4.87 BILCU shared 1.78 BILCU site-specific 10,000 person-years “implicit” labour Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 18

19 Cost (VALUE) Estimate 75% Reduction of underground volume (tunnels, shafts, vaults) a primary target Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 19

20 Übersicht Was ist der ILC? Kurze Beschreibung der Maschine
ILC = International Linear Collider Kurze Beschreibung der Maschine Reference Design Report Aktuelle technische Entwicklungen/Tests Z.B. Supraleitende Hochfrequenztechnik Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung Z.B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

21 Technische Entwicklungen
FLASH, XFEL und ILC basieren auf TESLA-Technologie ILC profitiert von der Arbeit für den XFEL und FLASH Industrialisierung Betrieb mit gepulsten supraleitenden Cavities/Modulen bei FLASH XFEL kann auch profitieren Hochaufgelöste optische Inspektion in der Industriefertigung ? Wird noch diskutiert Es existieren aber auch sehr interessante Alternativen für den ILC Ziel ist vorrangig Kosten zu reduzieren Typischerweise sind dies auch Dinge, die für den XFEL zu spät kommen nicht ausreichend getestet wurden … Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

22 Beschleunigungsgradient
ACC2 ACC4 ACC5 ACC3 ACC6 TTF1 ACC1 (M2*) nicht aufgeführt Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008

23 Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008
Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008

24 9 mA Experiment FLASH Rekord Lange Pulszüge mit 3 nC pro Bunch:
550 Bunche bei 1 MHz (3 mA) 300 Bunche bei 500 kHz 890 MeV Strahlenergie Alle RF Stationen mit 800 µs Flat-Top 550 Bunche bei 1 MHz, 3 nC/Bunch, 890 MeV Vorexperiment 3 mA 6 kW mittlere Leistung Ziel 2009: 36 kW (9 mA) Date Event Siegfried Schreiber – Grömitz– Nov-2008

25 Beschleunigerseminar
Grömitz Global Design Effort

26 TESLA cavity Z110: #8 cell equator
#8 equator, t=288 ~ 299 deg T-map data in test 2, MV/m t=292 deg Quench location #8 equator 250 ~ 300 deg 10mm t=297 deg group of beads(?) with 10mm wide were observed. Similar beads group were also observed in several places. see following slides. 1mm Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

27 TESLA cavity Z111: #6 cell equator
#6 equator, t=193 ~ 204 deg T-map data in test 2, MV/m t=198 deg 1.5mm t=199 deg Quench location #6 equator 175 ~ 225 deg group of beads(?) with 1.5mm wide were observed. 1mm Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

28 State-of-the-Art: Multi-cell Accelerating structures for XFEL and ILC
Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

29 Alternative Developments for ILC
Cost reduction is a strong driving force for ILC ~16000 cavities New Material Large-grain niobium Material Less fabrication steps than standard material New Shapes ‘Low-loss‘ and ‘Re-entrant‘ Could reduce power dissipation at cryogenic temperatures Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

30 Large Grain Material (JLab)
Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

31 XFEL: Large Grain Multi-cell with EP
Large-grain niobium material with etch (BCP) and electropolishing (EP) Behaviour similar to DESY observations on single-cells Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

32 Alternative Cavity Shapes
Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

33 K. Saito et al. Global Design Effort Beschleunigerseminar
Grömitz Global Design Effort

34 60mm-Aperture Re-Entrant Cavity Best Eacc = 59 MV/m Cornell-KEK Collaboration
H. Padamsee et al. WEPMS009 Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

35 Übersicht Was ist der ILC? Kurze Beschreibung der Maschine
ILC = International Linear Collider Kurze Beschreibung der Maschine Reference Design Report Aktuelle technische Entwicklungen/Tests Z.B. Supraleitende Hochfrequenztechnik Aktuelle Überlegungen zur Kostensenkung Z.B. Einzeltunnellösung Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

36 Minimum Machine Elements
Single-tunnel solution(s) Klystron Cluster concept Central region integration Low beam power option Single-stage compressor Quantify cost of TeV upgrade support “Value engineering” Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 36

37 Main Linac Support Tunnel
RDR (two-tunnel) Access to equipment during ops Reliability/availability Shallow sites Cut and cover like solutions “service tunnel” on the surface Single tunnel European XFEL-like solution availability / reliability Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 37

38 Klystron Cluster Concept
RF power “piped” into accelerator tunnel Removal of service tunnel Access to klystrons maintained R&D needed to show power handling Planned (SLAC, KEK) SLAC Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort 38

39 Und in Zukunft? Eine Realisierung des ILC hängt von vielen Dingen ab
LHC Ergebnisse Energiebereich des ILC wird sicher von der Higgs-Masse abhängen, evt auch von SUSY-Teilchen Entwicklung beim XFEL Der XFEL ist etwa 1/20 des ILC und damit ein sehr guter Prototyp Das gilt auch für die Erfahrung mit FLASH Politischem Willen Geldgeber: Sehr unterschiedliche Signale in der USA und Japan Hochenergiephysik: Einbindung von CLIC soll auch die Geschlossenheit der Community deutlich machen Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort

40 CLIC and ILC layouts 500 GeV Date Event

41 Subjects with strong synergy Working Groups & Conveners
CLIC ILC Physics & Detectors L.Linssen, D.Schlatter F.Richard, S.Yamada Beam Delivery System (BDS) & Machine Detector Interface (MDI) D.Schulte, R.Tomas Garcia E.Tsesmelis B.Parker, A.Seriy Civil Engineering & Conventional Facilities C.Hauviller, J.Osborne. J.Osborne, V.Kuchler Positron Generation (new) L.Rinolfi J.Clarke Damping Rings (new) Y.Papaphilipou M.Palmer Beam Dynamics D.Schulte A.Latina, K.Kubo, N.Walker Cost & Schedule H.Braun, K.Foraz J.Carwardine, P.Garbincius, T.Shidara Date Event

42 Zusammenfassung und Ausblick
Der ILC ergänzt das Hochenergiephysikprogramm um Präzisionsmessungen Im Rahmen des ILC-Programms wird die supraleitenden Cavity-Technologie weiter vorangetrieben (u.v.a.m.) Der XFEL und FLASH bieten sehr wertvolle Erfahrungen für die Weiterentwicklung des ILC Die Zusammenarbeit zwischen ILC und XFEL ist von Vorteil für beide Projekte und wir sollten sie nutzen! Beschleunigerseminar Grömitz Global Design Effort