Как отмечалось выше, кроме Международного линейного коллайдера ILC длительное время ведется разработка компактного электрон-позитронного коллайдера CLIC.[8] Его основные характеристики приведены в Табл.10.3, а схема коллайдера – на Рис.8.3.
    Экспериментальные работы по коллайдеру CLIC в настояшее время проводятся на исследовательском и испытательном стенде СTF3.

Таблица № 10.3. Основные характеристики коллайдера CLIC на энергию в центре масс 3 ТэВ

    Коллайдер CLIC будет иметь длину, сравнимую с коллайдером ILC, несмотря на существенно более высокую энергию частиц, Это достигается благодаря использованию в ~10 раз более высокой частоты ВЧ колебаний и уровня ВЧ мощности, вводимой в каждую основную ускоряющую секцию. CLIC будет работать при малых длительностях ВЧ импульса, но частота следования импульсов по сравнению с коллайдером ILC будет увеличена в 10 раз. В CLIC cсущественно уменьшены размеры сгустка в точке столкновения пучков.
    Схема ВЧ питания коллайдера СLIC является, вероятно, наиболее сложной среди всех схем ВЧ питания резонансных линейных ускорителей.. В ней применяются источники ВЧ колебаний, работающие в нескольких частотных диапазонах и использующие разные принципы генерирования этих колебаний.
    Первоначально с целью уменьшения длины основных ускоряющих структур этого коллайдера, их рабочая частота была выбрана равной 30 ГГц, а градиент ускоряющего поля – 150 МВ/м. Однако, из-за невозможности гарантированно поддерживать такую напряженность поля, в 2008 г. было принято решение о снижении рабочей частоты основных ускорителей до 12 ГГц. При этом новый средний градиент был установлен равным 100 кВ/м. Возможность получения такой напряженности поля на частоте 11,414 ГГц при крайне малом числе пробоев была продемонстрирована до этого на стенде SLAC [7]. Интересно отметить, что, несмотря на отказ использовать в коллайдере CLIC частоту 30 ГГц, в начале ХХI века в центре SLAC продолжались работы по экспериментальному определению электрической прочности ускоряющих структур на рабочей частоте 91,392 ГГц.
    В связи с изменением частоты и ускоряющего градиента основных ЛУ пришлось изменить и параметры этого коллайдера (некоторые проектные параметры CLIC до и после 2008 г приведены в Табл.1-3.
    В отличие от обычных схем в CLIC используется принцип двух-лучевого ускорения [7]. Питание основных многосекционных ускоряющих структур ЛУ электронов и позитронов осуществляется не клистронами, а ВЧ энергией, которая генерируется в де-ускорителях при торможении релятивистского пучка ускорителей-возбудителей.
    Для получения требуемой энергии в центре масс и светимости к каждой из секций ускоряющей структуры основных ЛРУ необходимо подвести ВЧ импульсную мощность 60-64 МВт при длительности ВЧ импульса 240 нс [8]. Источники ВЧ энергии (клистроны) на такую мощность, частоту (12 ГГц) и длительность импульсов (до1,2 мкс) сейчас имеются. С целью уменьшения числа клистронов ВЧ мощность обычно повышают, применяя технику компрессии ВЧ импульса, или технику задержанного распределения. В этом случае один клистрон может питать несколько секций. Аналогичная техника в принципе может быть использована и в CLIC.
    Однако в этом коллайдере получение ВЧ импульсов для питания основных структур полностью выполняется с использованием электронных пучков.
    При рассмотрении, систему ВЧ питания коллайдера целесообразно разбить на две части: систему ВЧ питания основных ускоряющих структур (Рис.8.3 и 9.3) и систему ВЧ питания инжекторных комплексов основных ускорителей (Рис 14.3).
    Питающие пучки с длинным мпульсом, разбитом на пакеты, первоначально создаются в “низкочастотных” ЛУЭ, работающих на частоте 1,5 ГГц (или 3 ГГц). Затем используется техника суммирования пакетов сгустков, содержащихся в этих импульсах (субимпульсы), в петле задержки и суммирующих кольцах. Происходит преобразование структуры пучка при одновременном увеличении импульсного тока в пакете с целью получения мощных ВЧ импульсов на частоте 12 ГГц. Преимущество применения электронных пучков по сравнению с ВЧ схемами состоит в малых потерях при транспортировке электронных пучков на большие расстояния. Другим преимуществом является возможность частотной манипуляции в петле задержки и суммирующих кольцах, осуществляемой при сложении пакетов сгустков с помощью использования ВЧ дефлекторов, отклоняющих пучок.
    Таким образом, источники ВЧ мощности основных ЛРУ представляют собой комплекс с использованием ускоренного электронного пучка. В комплексе создаются и преобразуются длинные «низкочастотные» ВЧ импульсы в более короткие и мощные ВЧ импульсы высокой частоты.

Рис. 8.3. Схема электрон-позитронного  коллайдера CLIC на энергию 3 ТэВ. СК-1 – суммирующее кольцо 1, СК-2 - суммирующее кольцо 2, Ц.М. –центр масс

    Во время этого процесса энергия запасается в релятивистском электронном пучке, пакеты сгустков которого суммируются, чтобы получить желаемую временную структуру, а затем транспортируются к месту использования кинетической энергии.
    Там энергия извлекается из электронного пучка в резонансных де-ускоряющих структурах, которые расположены параллельно структурам основных ускорителей.
    Важной особенностью системы является высокая эффективность ускорения возбуждающего пучка и обратного преобразования его кинетической энергии в ВЧ энергию. Для получения ВЧ импульсов, возбуждающих основные структуры электронного и позитронного ЛРУ, используются одинаковые ускорители возбуждающего пучка и системы манипуляции электронного пучка и де-ускорения.
    Для получения эффективных характеристик сталкивающихся пучков необходимо иметь систему, формирующую на входе в основные структуры электронного и позитронного ЛРУ CLIC компактные сгустки с малыми поперечными размерами и малым энергетическим разбросом (Рис.10-3). Следует отметить, что это достигается не только благодаря использованию ускоряющих структур, работающих на высоких частотах, но и магнитных систем колец предварительного демпфирования и колец основного демпфирования сгустков заряженных частиц инжекторов электронного и позитронного ЛРУ.
    Ниже рассматривается каждая из этих систем.

Cхема ВЧ питания основных ускоряющих структур ЛРУ коллайдера CLIC и конструкция этих структур

Системы ЛУЭ возбуждающего пучка

    Электронный пучок, возбуждающий ВЧ мощность в основных структурах электронного или позитронного ЛРУ коллайдера, создается в ЛУЭ возбуждающего пучка. Каждая из этих систем содержит 326 основных ускоряющих секций на бегущей волне.
    Секция длиной приблизительно 3,75 м. получает импульсную мощность в 33 МВт от одного клистрона, генерирующего на частоте 1 ГГц (или на частоте 3 ГГц). Длительность ВЧ импульса – 139 мкс. Используется полная нагрузка структуры током пучка при номинальном ускоряемом токе 4,21 А. Около 98 % ВЧ энергии должно передаваться пучку [18]. Каждый ускоритель должен обеспечить получение электронов с энергией 2,38 ГэВ [7,19].
    Энергия для создания ВЧ колебаний первоначально запасается в пакетах сгустков (суб-импульсах) возбуждающего электронного пучка длительностью около 139 мкс. Эта длительность при релятивистской скорости электронов соответствует двойной длине основного ЛУЭ (2×21 км). Как отмечалось выше, структуры полностью нагружаются током, так что ВЧ мощность на выходе секций практически равна нулю и не поступает во внешнюю ВЧ нагрузку. Эта нагрузка, однако, используется при наладке ЛУЭ возбуждающего пучка.
    Инжектируемый пушкой пучок (непрерывный в импульсе) поступает в резонаторный группирователь, который формирует сгустки с частотой следования 499,8 МГц на входе в основные предгруппирователь и группирователь ЛУЭ. Эти захватывающие и догруппирующие устройства работают на частоте 999,5 МГц (основная частота ЛУЭ возбуждающего пучка). Фаза волны в резонаторном группирователе быстро изменяется на 180º каждые 240 нс. Электроны, попавшие в противофазу волны основных группирующих устройств, не захватываются в режим ускорения. В результате формируются пакеты (суб-импульсы) электронов. Каждый длинный импульс содержит 24×24 = 576 пакета электронов. Пакет имеет длительность 240 нс и содержит 120 сгустков. Расстояние между сгустками составляет 2 нс. В принципе, при применении электронной пушки с фотокатодом и лазерным управлением током эмиссии с частотой 499,8 МГц, может быть использован лазерный метод изменения частоты следования сгустков. Применение лазерного управления дало бы ряд преимуществ. В частности -возможность создать наклон импульса выходной ВЧ мощности в системе извлечения и передачи этой мощности. Этот наклон может использоваться для подавления энергетического разброса, возникающего при нагрузке током пучка структур основных ЛРУ коллайдера.

Рис. 9.3. Схема ВЧ питания основных ускорителей возбуждающим пучком

Рис.10.3. Общий вид элемента секции структуры SICA [9]

   Были изучены два типа секций ускорителя возбуждающего пучка. Один из них предназначался ранее также для основных ускорителей этого коллайдера. В нем использовалась коническая структура с демпфированием паразитных колебаний посредством введения радиальных прорезей в нагружающих диафрагмах (“Tapered Damped Structure”, TDS). Второй тип структуры, получивший название «разрезанные диафрагмы с постоянной апертурой» ( Slotted Iris – Constant Aperture, SICA ) это – структура с прорезями в диафрагмах и постоянной апертурой. Она имеет 4 прорези в каждой диафрагме, которые переходят в заостренный волновод с SiC поглощающей нагрузкой (Рис.10.3). В случае использования рабочей частоты 999,5 МГц диаметр внешней секции оказывается очень большим и составляет 1,3 м. В связи с этим был рассмотрен другой вариант структуры SICA на частоту 2998,55 МГц. Внешний диаметр этой структуры по сравнению со структурой TDS уменьшается в три раза. Аналогичная структура была разработана и исследована на испытательном стенде комплекса CLIC Test Facility 3 – CFT3. Некоторые экспериментально полученные результаты опубликованы в работе [20].
   Параметры проектируемых ускоряющих структур SICA на частоты 999,5 МГц и 2998,55 МГц приведены в Табл.11.3.

Таблица № 11.3. Характеристики ускоряющих структур SICA ускорителя – возбуждающего пучка коллайдера CLIC [7,8].

    Очень важными характеристиками структур SICA является большая эффективность преобразования ВЧ мощности, создаваемой клистронами, в кинетическую энергию возбуждающего пучка, а также низкие добротности структур, ограничивающие возбуждение их дипольными модами кильватерных полей. Несмотря на то, что диаметры апертуры отверстий в структуре SICA постоянны, структура не обладает постоянным импедансом. Импеданс изменяется в связи с изменением размеров диаметра и носика ячейки.

Системы суммирования пакетов сгустков

    Формирование отдельных пакетов сгустков создает возможность с помощью поперечных ВЧ дефлекторов, расположенных на входе и выходе петли задержки и в суммирующих кольцах, совмещать пакеты сгустков [7,8] . Механизм этого суммирования состоит в следующем. Каждый нечетный пакет сгустков, выходящий из ЛУЭ возбуждающего пучка, отклоняется ВЧ полем дефлектора на входе петли задержки, имеющим частоту 499,8 МГц. Пакет проходит через постоянное поле ее магнитных устройств по своей равновесной орбите. Каждый четный пакет поступает в петлю задержки не отклоненным, и проходит ее уже по другой орбите. Из-за различия длин этих траекторий, будучи разделенными на входе в петлю временным интервалом 240 нс, пакеты покидают петлю одновременно. С помощью выходного ВЧ дефлектора, также работающего на частоте 499,8 МГц, пакеты совмещаются попарно и выводятся из петли. Число пакетов после петли задержки равно 12, т.е. сокращается вдвое, а заряд в каждом пакете возрастает в два раза. В два раза возрастает и частота следования сгустков в пакете. Длинный импульс преобразуется в периодическую последовательность пакетов возбуждающего пучка с большими интервалами между ними. Такой же принцип используется, чтобы сложить пакеты по трое в первом суммирующем кольце, имеющем длину 145 м. Два 999,5 МГц ВЧ дефлектора создают локальную деформацию равновесной орбиты в кольце. Первый ВЧ дефлектор вводит пакет в кольцо, а второй ВЧ дефлектор выводит все его сгустки на равновесную орбиту. Длина кольца равна расстоянию между пакетами плюс λ/3, где λ – расстояние между сгустками, равное длине волны ВЧ дефлекторов. В результате, в течение каждого оборота ВЧ фаза, которую видят сгустки, вращающиеся в кольце, увеличивается на 120^◦. Когда инжектируется второй пакет, первый уводится сетум-магнитом кольца с равновесной орбиты и его сгустки располагаются между сгустками предыдущего пакета (на расстоянии λ/3) . Затем это повторяется снова, после чего три совмещенных пакета выводятся из первого кольца его кикер-магнитом. После первого кольца в длинном сгустке содержится 4×24 = 96 пакета. Аналогичный механизм используется во втором суммирующем кольце длиной 437 м.шл
    В результате на выходе второго суммирующего кольца имеют место импульсы длительностью 139 мкс, следующие с частотой 50 Гц. Каждый импульс содержат 24 пакета компактно расположенных сгустков. Ток в пакете соответственно увеличивается с 2,4 А до 100 А. Пакеты следуют с частотой около 0,172 МГц при расстоянии между пакетами 1736 м (период следования пакетов составляет 5,8 мкс). Временная длина пакета сохраняется равной 240 нс. Каждый пакет состоит из 2904 сгустков с суммарным зарядом 8,4 нКл/пакет. В петле задержки и суммирующих кольцах частота следования сгустков в пакете увеличивается в 24 раза, то есть возрастает с 0,5 ГГц до 12 ГГц. Соответственно расстояние между сгустками сокращается с 60 см до 2,5 см.
    Исследования работы петли задержки и суммирующих колец проводятся в экспериментальном комплексе CTF3. В работах [7,22] приведены результаты экспериментов по совмещению пакетов в петле задержки и суммирующих кольцах.

Де-ускоритель и основной ускоритель. Модули

    После второго суммирующего кольца пучок транспортируется на большое расстояние к входу в де-ускоритель пучка возбуждения [8]. Основные характеристики де-ускорителя и основного ускорителя приведены в Табл. 12.3.
    Структуры де-ускорителя и основного ускорителя скомпонованы в единые модули. Приблизительно1500 модулей объединяются в сектор.

Таблица № 12.3. Основные характеристики де-ускорителя и основного ускорителя

    Каждый ускоритель содержит 24 сектора (смотри Рис.8.3). Каждый стандартный модуль содержит 4 структуры извлечения ВЧ мощности ( СИМ, PETS) и восемь структур основного ускорителя (СОУ) (Рис.11.3). В структурах СИМ происходит преобразование кинетической энергии сгустков возбуждающего пучка в ВЧ энергию. Каждый модуль СИМ питает четыре ускоряющих структуры (СОУ) основных ЛРУ. Модуль содержит также квадруполи для поддержания поперечных размеров сгустков, тормозящихся и ускоряемых частиц, и волноводные линии для передачи ВЧ энергии из СИМ в СОУ.
    Волноводные линии содержат бесконтактный переход от прямоугольного волновода к круглому. Чтобы препятствовать вытеканию ВЧ энергии наружу, используются дроссельные фланцы [23]
    СИМ представляет собой структуру на бегущей волне с постоянным импедансом. Величина ВЧ мощности (P), генерируемой сгустком пучка в этой структуре, может быть оценена по формуле [22]

,

(1.3)

где i – ток пучка, l – активная длина структуры, F_b – форм-фактор сгустка, ω – частота сгустка, R – импеданс на метр длины, Q – добротность структуры, v_g – групповая скорость.
    Энергия электронов пучка возбуждения в 24-х секторах снижается с 2,4 ГэВ до 0,24 ГэВ. В конце каждого модуля неиспользованная энергия пучка поглощается нагрузкой. Когда сгустки основного пучка перемешаются вперед, они продолжают наращивать энергию за счет ВЧ мощности, получаемой в следующей СИМ.

Рис.11.3. Стандартный модуль основного ускорителя СИМ- секция извлечения ВЧ мощности, БРП – блок регулировки пучка, КВЛ – квадрупольная линза,  СОУ - секция основного ускорителя.

    Cтруктура СИМ [23] содержит демпфирующие разрезы, в которых располагаются нагрузки, сильно поглощающие колебания высоких поперечных пространственных мод. Опасность появления этих мод, расположенных на частотах близких к частоте основной рабочей моды возрастает в периодических структурах с увеличением групповой скорости. Разрезы в дисках (или открытые волноводы), через которые также производится откачка, естественно улучшают вакуум структур СИМ. В конце каждой структуры СИМ расположены согласующие устройства, к которым подключаются волноводы. Некоторые характеристики СИМ приведены в Табл.13.3.

Таблица № 13.3. Характеристики структуры СИМ

Апертура, мм	23
Сдвиг фазы на ячейку	π/2
r0/Q, Ом/м	2295
vg/с	0,453
Q	7200
Активная длина, м	0,213 (34 ячейки)
Ток пучка возбуждения, А	101
ВЧ мощность, МВт	136

    Расчетная эффективность отвода ВЧ мощности из секции СИМ составляет 99%. Величина а/λ принята равной 0,49. Необходимо отметить низкий импеданс СИМ.
    Параметры основных ускоряющих систем приведены в Табл. 14.3.

Таблица № 14.3. Параметры ускоряющей структуры

Рис.12.3. Геометрия ячейки основной ускоряющей структуры с сильным поглощением мод высшего порядка [8]

    Сейчас в основных ускорителях также как и в структурах ЛУЭ возбуждающего пучка и СИМ планируется использовать диафрагмированные волноводы на бегущей волне, но не со щелями в диафрагмах, а с открытыми волноводами, которые будут осуществлять демпфирование высших пространственных гармоник. В новых структурах используются не круглые, а прямоугольные резонансные ячейки (Рис.12.3 ) [18]
    Использование открытых волноводов несколько повышает электрическую прочность конструкции. Структура сохраняет высокое демпфирование дипольных мод в трех диапазонах частотах: 16,74; 17,21 и 17,67 ГГц и низкий импульсный нагрев. Малый прирост температуры во время прохождения ВЧ импульса обеспечивает высокую механическую прочность медной структуры.
    Параметры такой структуры модели CLIC_G приведены в Табл. 15.3 [8]

Таблица № 15.3. Характеристики основной ускоряющей структуры ЛУЭ коллайдера CLIC [8]

    При последних испытаниях прототипа структуры с рабочей частотой 11,4 ГГц, проведенных в комплексе СTF3, структура с сильным уменьшением апертуры к концу структуры обладала постоянным ненагруженным градиентом 100 МВ/м при длительности импульса 230 нс. [7]. Электрическое поле на поверхности ячейки превышало 300 МВ/м.

Системы ВЧ питания инжекторных комплексов

Электроны или позитроны поступают в основные ЛРУ из инжекторных комплексов. Схема этих комплексов представлена на Рис.13.3.

Рис.13 -3 Схема инжекционного комплекса основных ЛРУ (Линейные ускорители  электронов  - ЛУЭ и протонов - ЛУП) 

    Источник поляризованных электронов рассчитан на получение 4,4·10⁹ частиц с 80% поляризацией. Поляризация создается в электронной пушке – фото-инжекторе с постоянным напряжением на катоде 120-200 кВ. Управление током эмиссии осуществляется облучением GaAs катода пучком лазера. Лазер с самого начала создает требуемую временную структуру и формирует сгустки с частотой следования 2 ГГц. В пушке создаются импульсы, каждый из которых содержит 313 сгустков с суммарным зарядом 0,9 нКл.
    ЛУЭ – пред-инжектор, работающий на частоте 2 ГГц, ускоряет электроны до 200 МэВ. За ним следует ЛУЭ-инжектор, возбуждаемый на этой же частоте и ускоряющий электроны до 2,2 ГэВ. Нагруженный градиент ЛУЭ-инжектора составляет 15 МВ/м.
    Источник позитронов содержит термоэмиссионную пушку с неполяризованными электронами. Эти электроны поступают в ЛУЭ первичного пучка и ускоряются до 5 ГэВ (ускоритель работает на частоте 2 ГГц). Вышедшие из этого ускорителя электроны направляются на первую кристаллическую вольфрамовую мишень. В этой мишени создается мощный поток фотонов. Он конвертируется во второй аморфной вольфрамовой мишени в поток заряженных частиц (е^- и е⁺ ). Выход позитронов усиливается вследствие процесса каналирования. Для направления позитронов в прединжекторный ЛУЭ служит адиабатическое магнитное устройство. Позитроны ускоряются в пред-инжекторном ЛУ протонов до 200 МэВ, после чего попадают в упомянутый выше инжекторный ЛУЭ, единый для электронов и позитронов.
    Выходящие из этого ЛУ электроны и позитроны с энергией 2,4 ГэВ направляются в предварительные и основные демпфирующие кольца, где благодаря синхротронному излучению с использованием .вигглеров и других магнитных устройств сокращаются размеры сгустков и уменьшаются продольные эмиттансы.
    Для компенсации потерь энергии на синхротронное излучение и дальнейшего уменьшения протяженности сгустков используются ускоряющие устройства, работающие на частоте 4 ГГц и расположенные перед входом в компрессоры сгустков.[8,35] Магнитные зигзагообразные компрессоры сгустков состоят из 4-х диполей, которые создают путь, используемый для компрессии сгустков в продольном направлении. В компрессорах сгустков более быстрые частицы пучка движутся по более коротким траекториям. Если сгусток перед входом в компрессор промодулирован в ЛРУ таким образом, что частицы с высокой энергией находятся в хвосте сгустка, то будет осуществляться его компрессия [34].
    Затем пучки поступают в бустерный ЛРУ, где их энергия повышается на 6,6 ГэВ и составляет на выходе 9 ГэВ. Бустерный ЛРУ также работает на частоте 4 ГГц. Перед компрессорами сгустков, установленными на входе в основные ускорители, расположены секции ЛРУ, работающие на частоте 12 МГц. Они также позволяют сократить размер сгустков и скомпенсировать потери на синхротронное излучение в компрессоре [8,35].
    Увеличение частоты ВЧ колебаний в последних ускоряющих секциях системы инжекции сначала до 4-х ГГц, а затем до 12 ГГц не приводит к увеличению частоты следования сгустков, ускоряемых в основных ЛУ. Сгустки ускоренных электронов или позитронов, инжектируемые в основные ускоряющие структуры, имеют частоту следования 2 ГГц. Число сгустков в импульсе (пакете) составляет на выходе основного ЛУ 312 сгустков/импульс. В каждом пакете содержится 3,72×10⁹ электронов.

3.4. Фотонные коллайдеры

    Помимо электрон-позитронных, протонных, ионных коллайдеров и их симбиозов, во второй половине XX века началось рассмотрение проектов фотонных [24] и мюонных коллайдеров. Фотонные коллайдеры, вероятно будут дополнять электрон-позитронные линейные коллайдеры, (например Международный линейный коллайдер, МЛК) [25].
    Фотон (часто его обозначают буквой g) можно рассматривать как элементарную точечную бесструктурную частицу. Это отличает его (как электрон и позитрон) от протона, состоящего из кварков. Сила взаимодействия фотона с заряженной частицей определяется только зарядом этой частицы (обычно электроном) [24].
    В коллайдерах вся энергия фотона может быть использована для создания других частиц и проникновения на малые расстояния.
    Фотоны высокой энергии обладают большим поперечным сечением для заряженных частиц, с которыми он сталкивается. Фотонные коллайдеры можно очень эффективно использовать в физике элементарных частиц. Они обладают уникальными возможностями для исследования физики W и Z бозонов, природы нарушения симметрии в электрослабых взаимодействиях (в том числе при изучении бозона Хиггса), для обнаружения новых частиц и взаимодействий, для исследования эффектов, обусловленных тонкими деталями квантовой хромо-динамики [24]. В настоящее время вопросы использования фотонных пучков широко рассматривается при разработке ILC [27].
    В линейных коллайдерах электроны и позитроны не теряют энергию на синхротронное излучение. Однако эффекты, связанные с электромагнитным излучением, имеют место при столкновении e⁺e^– сгустков. Для преодоления этих эффектов приходится изменять форму этих сгустков, уменьшая, к сожалению, при этом геометрическую светимость. В случае фотонных коллайдеров эти проблемы не возникают, и можно с самого начала использовать более плотные пучки заряженных частиц, сохраняя светимость [24].
    Принцип создания фотонных коллайдеров был предложен и продолжает разрабатываться сотрудниками Института Ядерной физики им. Г.И. Будкера (Россия) [24,28].

Рис.14.3 Схема конверсии релятивистских электронов в фотоны

   Фотоны высокой энергии предполагают получать с использованием комптоновского рассеяния лазерного пучка на пучке высоко-энергетичных электронов коллайдера. В линейных электрон-позитронных коллайдерах размеры сгустков в точке столкновения малы, что позволяет при умеренной энергии лазерной вспышки (менее 10 Дж) и получать высокий коэффициент конверсии энергии электронов в энергию фотонов. Схема конверсии представлена на Рис. 14.3.
    Первичный пучок фотонов создается непосредственно сверхмощным лазером ТэВ-го диапазона энергий. Этот пучок фокусируется на пучок коллайдера (расположен слева в области «С» ), которая находится на расстоянии «b» в нескольких сантиметрaх от точки центра масс (ЦМ). Лазерный пучок испытывает комптоновское рассеяние на электронных сгустках пучка коллайдера. После этого высокоэнергетичные фотоны двигаются практически по первоначальным траекториям электронов. ЛУЭ. Около 80% энергии электронов передается фотонам. Рассеянные электроны отводятся с помощью магнитного поля, а созданный рабочий фотонный пучок направляется к центру масс. С другой стороны к центру масс направляются сгустки второго ЛУЭ коллайдера. В этом случае мы имеем дела с фотонным коллайдером типа (ge или γe). Если фотонный конвертер устанавливается также на пути электронного пучка второго коллайдера, то мы получаем второй рабочий лазерный пучок. Он сталкивается в центре масс с первым фотонным рабочим пучком [24,29]. Позитронный пучок в фотонном коллайдере оказывается не нужным.
    В работах [24,27]отмечается, что область конверсии электронного пучка в фотоны может рассматриваться как элемент электрон-фотонного коллайдера. Такой коллайдер будет обладать небольшой энергией в центре масс, но с громадной светимостью - 10³⁸-10³⁹ см^-2 ×c^{- 1} . На нем можно будет детально исследовать процессы в сверхсильных электромагнитных полях и искать новые очень слабо взаимодействующие частицы.
    Вероятно, первый фотонный коллайдер будет реализован на основе Международного линейного коллайдера (МЛК, ILC) [25,30,31].
    Фотонный коллайдер не может являться дополнительным оборудованием МЛК.и должен разрабатываться вмести с другими его системами. Лазерная система. фотонного коллайдера может эффективно использоваться только в случае, если он будет являться составной частью коллайдера, работающего во всем комплексе режимов: e⁺e ^– , γγ, γe, e^-e^-. Были проведены многочисленные расчетно-теоретические исследования, посвященные фотонному режиму работы. Так в работах [30,32,33] рассматриваются случаи, когда оба сталкивающихся пучка будут фотонными.
    Некоторые из расчетных параметров фотонного режима МЛК представлены в Табл.15.3. Там же приведены параметры e⁺e^– режима.
    В фотонных коллайдерах для получения высокой светимости и нормальной работы детекторов важным является угол пересечения сталкивающихся фотонных пучков и его корректировка при переходе от режима e⁺e^– к режиму γγ [30]. Для осуществления этой корректировки планируется использовать упомянутые выше сверхпроводящие резонаторы, возбуждаемые на моде ТМ₁₁₀.

Таблица № 15.3. Основные параметры каждого из пучков МЛК в фотонном режиме (Энергия пучка 250 ГэВ)

	γγ [32,33]	gγ [30,32]	e+e– [30,32]
Число фотонов (электронов-позитронов) N/1010	2	2	2
Число сгустков в пачке	2820	2820	2820
Число импульсов (Гц)	5	5	5
Поперечные размеры частиц в центре масс (среднеквадратичные) σx/y (нм)	83/4,3	157/5	553/5
Протяженность сгустка в центре масс (среднеквадратичная) σя (мм)	0,3	0,3	0,3
Светимость (1034 см-2с-1)	1,1	0,б	3,4

    Для высокой конверсии энергии электронных пучков коллайдера в рабочие фотонные пучки, необходимо корректно выбирать параметры первичного фотонного пучка, включая длину волны лазера. В Табл.16 – 3 приведены некоторые из характеристик лазерной системы, которую предполагается использовать в МЛК [30].

Таблица № 16.3. Некоторые характеристики лазерной системы для фотонного режима коллайдера МЛК

Энергия лазера в импульсе	≈ 0,9 Дж
Средняя мощность лазера, необходимая для обеспечения одного столкновения при структуре группировки ТESLA	≈ 130 кВт
Длительность импульса, (полувысота/среднеквадратичная)	3,53 пс/σ = 1,5 пс
Длина волны лазера	λ =1,064 мкм
Полная светимость	1,1×1034 см-2с-1

    В линиях первичного пучка фотонов (лазер) будет использоваться система зеркал.

Литература к Главе 3

[1] GLC Project Report, 2003 //Asian Committee for Future Accelerator; Japan High Energy Physical Committee; KEK – High Energy Accelerator Research Organization /http:// ic.dev.kek.jp/RM draft

[2] “International Linear Collider Reference Design Report 2007”.// http://media.linearcollider.org /rdr_draft_v1.pdf.

[3] “International Linear Collider – Wikipedia”// http:// en. Wikipedia.org /wiki/ International_Linear_Collider

[4] ILC Reference Design Report // Nan Phinney/ SLAC-PUB-13044

[5] “Report From the International Linear Collider Technical Review Committee”// G.A. Loew /ICFA Seminar CERN October 8-11 2002. /scip.ucsc.edu/LC/talks/loew.pdf С-диапазоннве ЛУЭ Loew.pdf

[6] “ Status and Future Prospects for CLIC ”// S. Doebert / 2008 Linear Accelerator Conference, September 29 – October 3, 2008, Canada, TU 203. http://thshare.triumf.ca/~linac08 proc/Proceedings/papers/tu 203.pdf

[7] “The CLIC STUDY of MULTI-TeV e^± LINEAR COLLIDER”// J-P. Delahaye et all/ Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference. New York, 1999, pp 250-252

[8] “CLIC 2008 PARAMETERS”// H. Braun et all / CLIC-Note-764. [9]”The Stanford Linear Collider”//Paul Emma /http://cateseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?dol=10.1.1.46 59138 rep= rep18type = pdf

[9] “Status of the Stanford Linear Collider”// J, T. Seeman/ SLAC-PUB-6127, April 1993

[10] “SLAC National Accelerator Laboratory”// http://en.wikipedia.org/wiki/SLAC_National_Accelerator_Laboratory

[11] “Accelerating Structures” // G.A. Loew and R.B. Neal // Раздел В1.1. в книге“Linear accelerators”, edited by P.M. Lapostolle end A.L. Septier, , HORTH-HOLLAND PUBLISHING COMPANY – AMSTERDAM. 1970.

[12] “ An Introduction to the ILC Damping Rings” // A. Wolsky / http:// www.adams-institute.ac.uk/lectures/200611_wolsky_DampingRings

[13] “Conceptual Design of an L- band Recirculating Superconducting Traveling Wave Accelerator Structure for ILC” // P. Avrakhov et al. / http://lss.final.gov/archive/2007/conf/fermilab-conf-07-254- td.pdf..

[14] “The Development of a Superconducting Traveling Cavity with High Gradient”// P. Avrakhov et al./Phisical of Particles and Nuclei Letters, 2008, Vol.5, No7, pp 597-600

[15] “Progress Towards Crab Cavity Solution for the ILC”//G. Burt et al./Proceedings of EPAC 2006. Edinburg. Scotland. MOPLS075, pp. 724-72 http:// elementy/ru/news/430743

[16] “Design of an X-Band Accelerating Structure for the CLIC Main Linac” // A. Grudnev and W. Wuensch / Proceedings of LINAC08, Victoria, BC, Canada. THP062, pp.919-921

[17] “ High power testing of fused quartz-based dielectric-loaded accelerating structure // Jing, C. et all / Proceedings of the Particle Accelerator Conference, 2007. PAC. IEEE, p. 3157-3159

[18] “First Full Beam Loading Operation With the CTF3 Linac” // R. Corsini et all./ SLAC–PUB-10762

[19] “Overview of CLIC and CTF3”// I. Saratchev / Сборник докладов XVIII Конференции по ускорителям заряженных частиц RUPAC-2002, т.1, с. 36-43.

[20] “CLIC CNF-3”// F.Tecker/ CLIC-Note-730

[21] “Technical Specification for the CLIC Two-Beam Module”// G. Riddone et all/ Proceedings of EPAC08, Genoa, Italy. MOPP028, pp 607-609.

[22] “ MULTI-MODE SLED-II PULSE COMPRESSOR”// S.V. Kuzikov et all /Proceedings of LINAC 2004, THP28 pp. 660-662

[23] “ A Multy-Moded RF Delay Linear Distribution System” //S.G. Tantawi et all / SLAC-PUB-9125

[24] «Фотонные коллайдеры и исследование фундаментальных взаимодействий»// И. Ф. Гинзбург/ http://www-fima-ru.narod.ru/

[25] “ Studies for a Photon Collider at the ILC”// F. Bechtel et al./ Nucl. Instrum. Methods A 564 (2006) 243, 261

[26] «COLLID-04»—СТЭНФОРД—НОВОСИБИРСК // Газета « Наука в Сибири» N 26-27 (2462-2463) 2 июля 2004 г.

[27] Гинзбург И. Ф., Коткин Г. Л., Политыко С. И. //Ядерная физика. 1993. Т. 56. С. 1487-1493.

[28] “Physical program for photon colliders”//Jlya Ginzburg/ ar Xiv: hep-ph/9507233v1

[29] « Физика хиггсовского бозона на будущих фотонных коллайдерах»// И.П.Иванов/ http://hnature.web.ru/db/msg.html?mid=1181352

[30] “Studies for a Photon Collider at the ILC”// F. Bechtel at al./ DESY 06-007 26^th January2006 Препринт arXiv:physics/0601204v2 [physics.ins-det] 19 Apr 2006

[31] “The Photon collider at ILC: status, parameters and technical problems” // V.I. Telnov / arXiv:physics/0604[08v] [physics.acc-ph]

[32] “ TESLA Technical design report. Part II: The accelerator”// R. Brinkmann et al./ DESY-01-011B

[33] ECFA/DESY Photon Collider Working Group Technical Design Report, Part VI Chapter 1: Photon Collider at TESLA// B. Badelek et al ./ hep-ex/0108012 DESY-01-011E

[34]”Magnetic Chicane Bunch Compressors” .// http://pbpl.physics.ucla.edu/Research/Technologies/Magnets/Electromagnets/Dipoles/Chicane_Bunch_Compressors.

[35] “... Conceptual Design of Bunch Compressors and. Turn Around Loops for a Multi-TeV Linear Collider,. Report on the Deliverables of the BCDES Task ...www.eurotev.org/...eurotev/.../EUROTeV-Report-2008-086.pdf