LASA, 4 Marzo 2008 SPARC-LAB: the Program Luca Serafini, INFN-MI Sara’ costituita da due elementi fondamentali: il fotoiniettore SPARC (+linee di fascio)

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1 LASA, 4 Marzo 2008 SPARC-LAB: the Program Luca Serafini, INFN-MI Sara’ costituita da due elementi fondamentali: il fotoiniettore SPARC (+linee di fascio) e il laser FLAME (+linee di fascio), ospitato in un edificio adiacente al bunker SPARC, in fase di completamento (pronto a giugno 2008) SPARC-LAB: infrastruttura di ricerca in costituzione a INFN- LNF, con l’obiettivo di diventare una test facility europea per la fisica/applicazioni dei fasci di e - ad altissima brillanza (10 14 -10 18 A/mm. mrad 2 ) e i fasci di fotoni ad altissima intensita’ (10 21 W/cm 2 )

2 LASA, 4 Marzo 2008  n [  m] 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 I [kA] 10 18 AOFEL SPARX SPARC SPARX 1 pC The Brightness Chart [A/(m. rad) 2 ]

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5 Analysis methodology of movable emittance-meter measurements for low energy electron beams A. Mostacci, A. Bacci, M. Boscolo, E. Chiadroni, A. Cianchi, D. Filippetto, M. Migliorati, P. Musumeci, C. Ronsivalle, and A. R. Rossi, Rev. Sci. Instrum. 79, 013303 (2008) High brightness electron beam emittance evolution measurements in an rf photoinjector A. Cianchi et al., PRST-AB to be published March 2008

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7 Frascati Laser for Acceleration and Multidisciplinary Experiments (FLAME) P ⋍ 200 TW I ⋍ 10 21 W/cm 2 a 0 ⋍ 10

8 LASA, 4 Marzo 2008 Planned Experiments @ SPARC-lab Laser Wake-Field Acceleration in plasma waves driven by 300 TW laser pulses either in self-injection mode or with externally injected ultra-short electron bunches Thomson backscattering Sources of tunable mono- chromatic X-rays (20-800 keV): mammography on phantoms SASE-FEL, seeding FEL experiments (100-500 nm wavel.) Advanced photo-injector development at X-band (12 GHz) for ultimate beam brightness IR-FEL for high peak power THz radiation AOFEL operation of Thomson Source with Coherent X-Ray generation in the 0.1 -1 nm wavelength range Channeling radiation IFEL acceleration Proton beam production with laser-plasma (30-60 MeV)

9 LASA, 4 Marzo 2008 Schematic layout of electron beam lines for FEL, Plasma Acceleration and Thomson Source experiments

10 LASA, 4 Marzo 2008 Experimental set-up for the generation of tunable X-ray radiation via Thomson scattering of optical photons by relativistic electron bunches 10-50  m electron and laser beam spot size keV to MeV photons 10 5 to 10 9 per pulse 0.1 to a few J laser pulses tens of fs to ps long 1 nC

11 LASA, 4 Marzo 2008 Thomson Source: Parameter Table

12 LASA, 4 Marzo 2008 CO 2 envelope TiSa envelope e - beam TiSa pulse plasma L sat =10L G =1.3 mm (  =0.002) CO 2 focus Z [m] r  m]

13 LASA, 4 Marzo 2008 W 0 =23  m, T=17 fs I=8.5*10 18 W/cm 2, E=2.4 J nota che abbiamo ancora energia laser che possiamo usare per aumentare un po’ la durata fino a valori piu’ realistici oppure il waist per diminuire ulteriormente le forze trasverse e quindi aumentare il raggio del beam

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17 Average power (L sat =2.5 mm) Peak power 0.7 GW s (micron) GENESIS Simulations uniform beam over 0.5  m averaged rms beam parameters Check 3D effects

18 LASA, 4 Marzo 2008 GENESIS Simulations for laser undulator at 1  m to radiate at 1 Angstrom Simulation with real bunch  =3.5  m Average power (L sat ~500  m, P sat ~10 MW) Peak power 100 MW in 100 attoseconds Field

19 LASA, 4 Marzo 2008 Conclusioni Strutture RF in banda X Diagnostica avanzata per elettroni, fotoni, X Fisica del FEL (single spike, seeding, chirp, etc.) Sorgenti alternative (Thomson, channeling, AOFEL) SPARC-LAB sara’ la test facility dove sviluppare R&D per SPARX nei settori: Applicazioni a SPARC-LAB: imaging, diagnostica medica, femto-chimica, national security, teniche pump-probe, nanobiologia, fisica dei plasmi, fisica dei materiali, beni culturali, geologia

20 LASA, 4 Marzo 2008 ALADYN vs. VORPAL High resolution  z= /24=33 nm  x= /10=80 nm 20 particles per cell 63000 particles in red circle (160 pC bunch) z [  m] x [  m]

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