Μελέτη ανάπτυξης νέας γενιάς επιταχυντή XFEL

Τζανέτου, Αικατερίνη; Tzanetou, Aikaterini

dc.contributor.author	Τζανέτου, Αικατερίνη	el
dc.contributor.author	Tzanetou, Aikaterini	en
dc.date.accessioned	2020-12-11T16:02:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52479
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20177
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φυσική επιταχυντών	el
dc.subject	Δυναμική δέσμης	el
dc.subject	Γενετικοί αλγόριθμοι	el
dc.subject	Laser ελεύθερων ηλεκτρονίων	el
dc.subject	Ακτίνες Χ	el
dc.subject	Accelerator physics	en
dc.subject	Free electron laser	en
dc.subject	Beam dynamics	en
dc.subject	Genetic algorithms	en
dc.subject	X-rays	en
dc.title	Μελέτη ανάπτυξης νέας γενιάς επιταχυντή XFEL	el
dc.title	Development study of a new age accelerator XFEL	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φυσική	el
heal.classification	Accelerator physics	en
heal.dateAvailable	2021-12-10T22:00:00Z
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-06
heal.abstract	Μία από τις σημαντικότερες επιταχυντικές διατάξεις, το Λέιζερ Ελεύθερων Ηλεκτρονίων (Free Electron Laser ή FEL), είναι μια ειδικά σχεδιασμένη επιταχυντική γραμμή, που δρα ως πηγή σύμφωνης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Εντός των FEL, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε σχετικιστικές ταχύτητες και διαδοχικά εισέρχονται σε μια συστοιχία διπολικών μαγνητών με εναλλάσσουσες πολικότητες που ονομάζεται undulator. Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται εντός του undulator οι τροχιές τους ταλαντώνονται, οδηγώντας στην εκπομπή της σύμφωνης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας συγχρότρου του ενδιαφέροντός μας. Οι δέσμες φωτονίων που παρέχονται από τα Λέιζερ Ελεύθερων Ηλεκτρονίων μπορούν να διαθέτουν μήκη κύματος σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και χαρακτηρίζονται από εντυπωσιακή λαμπρότητα και ποιότητα. Τα FEL εμφανίζουν μοναδικά πλεονεκτήματα έναντι της συμβατικής τεχνολογίας LASER και διαθέτουν ένα ανεξερεύνητο δυναμικό για νέες επιστημονικές και τεχνολογικές εφαρμογές. Η παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφει τη δημιουργία της δέσμης των ηλεκτρονίων και το πρώτο στάδιο της επιτάχυνσής τους εντός του αρχικού τμήματος μιας FEL διάταξης, που ονομάζεται φωτοεγχυτής. Πιο συγκεκριμένα, αποτελείται από δύο μέρη: α) την περιγραφή της μεθοδολογίας για την επιλογή του υλικού της φωτοκαθόδου και του κατάλληλου συστήματος λέιζερ για την αρχική εξαγωγή των ηλεκτρονίων β) τη μελέτη δυναμικής της δέσμης με χρήση προσομοιωτικού κώδικα και εστιάζοντας στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διάταξης του φωτοεγχυτή. Μια μεταλλική φωτοκάθοδος που συνοδεύεται από ένα σύστημα λέιζερ UV είναι η βασική πρόταση για μια μελλοντική διάταξη υποστηριζόμενη από πειραματικά και υπολογιστικά δεδομένα της τρέχουσας βιβλιογραφίας. Επίσης, έξι διαφορετικές διατάξεις φωτοεγχυτή που χρησιμοποιούν S-band (3GHz) και X-band (12 GHz) επιταχυντικά στοιχεία, προσομοιώνονται με τη χρήση του κώδικα δυναμικής δέσμης ASTRA. Εν τέλει οι διατάξεις βελτιστοποιούνται με τη χρήση του κώδικα Giotto, ενός κώδικα βασισμένου σε γενετικούς αλγορίθμους. Τιμές κανονικοποιημένης εγκάρσιας εκπεμψιμότητας χαμηλότερες των 0.2 π mm mrad καταγράφονται για κάθε βελτιστοποιημένη διάταξη. Αξίζει να σημειωθεί πως μέρος των συμπερασμάτων της παρούσας διατριβής παρουσιάστηκαν στις συναντήσεις του προγράμματος CompactLight από την ομάδα των ΕΜΠ/ΙΕΣΕ. Το πρόγραμμα CompactLight χρηματοδοτείται από το μεγαλύτερο πρόγραμμα πλαίσιο της ΕΕ για την έρευνα και την καινοτομία, “Ορίζοντας 2020”, συγκεντρώνοντας εμπειρογνώμονες από 24 διεθνή εργαστήρια, με σκοπό να παραδώσουν τη σχεδιαστική μελέτη μιας νέας, συμπαγούς και χαμηλού κόστους διάταξης XFEL.	el
heal.abstract	One of the most important accelerator facilities, the Free Electron Laser (FEL), is a specially designed accelerator beamline, that acts as a source of coherent electromagnetic radiation. Inside FELs, electrons get accelerated to relativistic speeds and successively enter an array of dipole magnets with alternating polarities, called undulator. While traveling through the undulator, the electron trajectories oscillate, leading to the production of the synchrotron electromagnetic radiation of our interest. The high-intensity photon beams provided by FELs can span wavelengths across the entire electromagnetic spectrum and are characterized by impressive brilliance and quality. The FEL facilities present unique advantages compared to conventional LASER technology and they display an unexplored potential for scientific and technological applications. The present diploma thesis describes the generation of the electrons and the first stage of their acceleration inside the initial part of an FEL facility, called photoinjector. More specifically, it consists of two main parts: a) the description of the methodology toward the selection of the photocathode material and the suitable drive laser for the initial extraction of electrons, and b) the beam dynamics study using simulation codes and focusing on a photoinjector optimal configuration. A metallic photocathode accompanied by a UV laser system is the baseline proposal for a future facility supported by experimental and simulation results of current literature. Also, six different photoinjector layouts, employing S-band (3GHz) and X-band (12 GHz) accelerating structures, are simulated with the use of the ASTRA beam dynamics code and are optimized using the Giotto code, a code based on genetic algorithms. Transverse normalized emittance values below 0.2 π mm mrad are reported for every optimized layout. It is worth mentioning that part of this thesis conclusions were presented in the CompactLight project meetings by the NTUA/IASA team. The CompactLight project is a european project, funded by the EU H2020 plan, that gathers experts from 24 international laboratories in order to deliver the conceptual design report-CDR for a novel compact and cost-efficient X-FEL facility.	en
heal.advisorName	Γαζής, Ευάγγελος	el
heal.advisorName	Gazis, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Μαλτέζος, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Maltezos, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Alexopoulos, Theodoros	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής. Εργαστήριο Πειραματικής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών και Συναφούς Οργανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	175 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false