High Power Targetry R&D program at Fermilab / R&D pour les cibles de haute puissance a Fermilab

Frédérique Pellemoine (Fermi National Accelerator Laboratory, USA)

A high-power target system is a key beam element to complete future High Energy Physics (HEP) experiments.
In the recent past, major accelerator facilities have been limited in beam power not by their accelerators, but by the beam intercepting device survivability. The target must then endure high power pulsed beam, leading to high cycle thermal stresses/pressures and thermal shocks. The increased beam power will also create significant challenges such as corrosion and radiation damage that can cause harmful effects on the material and degrade their mechanical and thermal properties during irradiation. This can eventually lead to the failure of the material and drastically reduce the lifetime of targets and beam intercepting devices.
In order to operate reliable beam-intercepting devices in the framework of energy and intensity increase projects of the future, it is essential to develop a strong R&D program and have synergy with various expertise.
After presenting the high power targetry challenges facing next generation multi-MW accelerators, we will give an overview of Fermilab’s R&D program in support of High Power Targetry development.

(Version française)

Les cibles de production de haute puissance sont un des éléments clés des accélérateurs pour supporter les futures expériences de physique des hautes énergies (HEP).
Dans un passé récent, les principales installations ont dû limiter la puissance de leurs faisceaux, non pas par leurs accélérateurs, mais par la capacité de survie des équipements impactés par le faisceau. Une cible de production doit être capable de survivre un faisceau pulsé de haute puissance et de haute énergie, entraînant des contraintes et des chocs thermiques.  L’augmentation de puissance du faisceau pour les futures générations d’accélérateurs engendrera également d’autres défis importants tels que la corrosion et les dommages causés par les effets d’irradiations. Ces contraintes peuvent avoir des effets nocifs sur les matériaux et peuvent dégrader leurs propriétés mécaniques et thermiques sous environnement extrême. Cela peut conduire à réduire considérablement la durée de vie des cibles et tout autre dispositif impactés par le faisceau de particules.
Afin de développer des équipements fiables dans le cadre des projets actuels et futurs, il est essentiel de développer un programme de R&D solide et de comprendre les contraintes et les défauts d’irradiations engendrés dans les matériaux.
Après avoir présenté les défis des cibles de haute puissance auxquels sont confrontés les accélérateurs de prochaine génération, nous donnerons un aperçu du programme de R&D à Fermilab.