Μελέτη φαινομένων διαμήκους αστάθειας δέσμης σωματιδίων σε σύστημα δύο ραδιοσυχνοτήτων

Αργυρόπουλος, Θεόδωρος

dc.contributor.author	Αργυρόπουλος, Θεόδωρος	el
dc.date.accessioned	2015-03-20T07:49:11Z
dc.date.available	2015-03-20T07:49:11Z
dc.date.issued	2015-03-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40438
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.233
dc.rights	Default License
dc.subject	Επιταχυντής	el
dc.subject	συνχροτρον	el
dc.subject	διαμήκης αστάθεια δέσμης	el
dc.subject	ραδιοσυχνότητα	el
dc.subject	εκπεμπτικότητα	el
dc.subject	accelerator	en
dc.subject	longitudinal instability	en
dc.subject	radio-frequency	en
dc.subject	synchrotron	en
dc.subject	CERN SPS	en
dc.title	Μελέτη φαινομένων διαμήκους αστάθειας δέσμης σωματιδίων σε σύστημα δύο ραδιοσυχνοτήτων	el
dc.contributor.department	Φυσικής	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Φυσική	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-01-12
heal.abstract	Η λειτουργία σε σύστημα δύο ραδιοσυχνοτήτων (RF) είναι απαραίτητη σε πολλούς επιταχυντές, προκειμένου να αυξηθεί η ευστάθεια της δέσμης σωματιδίων, να αλλάξει το σχήμα του πακέτου σωματιδίων ή να πραγματοποιηθούν διάφοροι RF χειρισμοί της δέσμης. Αυτό συμβαίνει επίσης και στην περίπτωση της λειτουργίας του επιταχυντή SPS του CERN, κατά τη διάρκει προετοιμασίας της δέσμης πρωτονίων πριν την εκπομπή της στον επιταχυντή LHC. Συγκεκριμένα, επιπλέον του κύριου RF συστήματος, ένα σύστημα τέταρτης RF αρμονικής χρησιμοποιειται στην κατάσταση μείωσης-μήκους (BL) του πακέτου σωματιδίων, προκειμένου να αυξηθεί η διασπορά των σύνχροτρον συχνοτήτων των σωματιδίων μέσα στο πακέτο και κατά συνέπεια να ενισχυθεί η απόσβεση Landau των φαινομένων συλλογικής αστάθεις. Στην πραγματικότητα, η λειτουργία σε σύστημα δύο RF στον SPS είναι ένα από τα βασικά μέσα που, σε συνδυασμό με την ελεγχόμενη αύξηση της διαμήκους εκπεμπτικότητας, οδηγούν στη σημαντική αύξηση του κατωφλίου της διαμήκους αστάθειας της δέσμης (ενος και πολλών πακέτων) και επομένως στην παράδοση καλής ποιότητας δέσμης στον LHC. Ωστόσο, για το μέλλον του LHC και τα σχέδια αναβάθμισής του, HL-LHC και LIU, απαιτούνται υψηλότερες εντάσεις δέσμης. Δεδομένου ότι όλες οι προγραμματισμένες αναβαθμίσεις έχουν πραγματοποιηθεί, οι κύριοι περιορισμοί στην απόδοση του LHC αναμένεται να προέρχονται από φαινόμενα διαμήκους αστάθειας της δέσμης στον SPS. Η διατριβή αυτή πραγματεύεται τα οφέλη αλλά και τους περιορισμούς που προκύπτουν κατά τη λειτουργία σε σύστημα δύο RF. Η μελέτη εφαρμόστηκε στον SPS αλλά τα περισσότερα από τα αποτελέσματα μπορούν να γενικευτούν και σε άλλους επιταχυντές. Ειδικότερα, τα όρια διαμήκους αστάθειας δέσμης ενός πακέτου σωματιδίου βρέθηκαν κατόπιν μετρήσεων, προσομοιώσεων και αναλυτικών υπολογισμών για την περίπτωση εμπέδησης με μόνο φανταστικό μέρος καθώς επίσης και για την περίπτωση του υπάρχοντος μοντέλου εμπέδησης του SPS. Η επίδραση της σχετικής φάσης καθώς και του λόγου των τάσεων μεταξύ των δύο RF συστημάτων στην ευστάθεια της δέσμης μελετήθηκε επίσης διεξοδικά. Τέλος, η μη-ομοιόμορφα ελεγχόμενη αύξηση της διαμήκους εκπεμπτικότητας σε σύστημα δύο RF, που οδηγεί σε διακυμάνσεις του μήκους των πακέτων σωματιδίων, εξηγήθηκε μέσω της τροποποίησης της κατανομής των σύνχροτρον συχνοτήτων των σωματιδίων του πακέτου.	el
heal.abstract	Operation with a double RF system is essential for many accelerators in order to increase beam stability, to change the bunch shape or to perform various RF manipulations. This is also the case for the operation of the CERN SPS as the LHC proton injector, where in addition to the main RF system, a fourth harmonic RF system is used in bunch shortening mode in order to increase the synchrotron frequency spread inside the bunch and thus to enhance Landau damping of the collective instabilities. In fact the double RF system operation in the SPS is one of the essential means, together with the controlled longitudinal emittance blow-up to significantly increase the longitudinal instability thresholds (single and multi-bunch) and deliver a good quality beam for the LHC. However, for the HiLumi-LHC (HL-LHC) and LHC injector upgrade (LIU) projects higher beam intensities are required. After all upgrades are in place, the main performance limitations of the LHC injector complex are beam instabilities and high intensity effects in the SPS. This thesis elaborates the benefits and the limitations of the operation in a double RF system. The study is primarily based on the beam and machine parameters of the SPS but most of the results can be generalized and used for other accelerators as well. In particular, the single-bunch longitudinal instability threshold is found from measurements, simulations and analytical calculations for the case of a purely reactive impedance and for the realistic case of the SPS impedance model. The effect of the relative phase and the voltage ratio between the two RF systems on beam stability is studied as well. Finally, the measured variation of the longitudinal emittance along the batch is explained by the modification of the synchrotron frequency distribution due to the residual effect of beam loading in the SPS double RF system.	en
heal.advisorName	Γαζής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Γαζής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαφιλίππου, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Shaposhnikova, Elena	el
heal.committeeMemberName	Τσιπολίτης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Φραντζεσκάκης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Χιτζανίδης, Κυριάκος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	127
heal.fullTextAvailability	true