Beam dynamics studies at cern proton synchrotron

Kaitatzi, Myrsini; Καϊτατζή, Μυρσίνη

dc.contributor.author	Kaitatzi, Myrsini	en
dc.contributor.author	Καϊτατζή, Μυρσίνη	el
dc.date.accessioned	2021-09-06T09:40:13Z
dc.date.available	2021-09-06T09:40:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53800
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21498
dc.rights	Default License
dc.subject	Accelerators	en
dc.subject	Proton synchrotron	en
dc.subject	Beam dynamics	en
dc.subject	Working point	en
dc.subject	Resonances	en
dc.subject	Επιταχυντές	el
dc.subject	Πρωτόνια	el
dc.subject	Συντονισμοί	el
dc.subject	Δίπολα	el
dc.subject	Συχνότητες	el
dc.title	Beam dynamics studies at cern proton synchrotron	en
dc.title	Δυναμικές μελέτες της δέσμης στον επιταχυντή πρωτονίων στο cern	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Accelerator physics	en
heal.classification	Φυσική επιτατχυντών	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-02-26
heal.abstract	High-energy physics research has always been the driving force behind the development of particle accelerators. For this reason it was necessary to go to even higher energies. he main parameter which needs to get maximized is the luminosity. Luminosity depends on the number of particles per bunch (n1,n2), the bunch transverse size at the interaction point and the bunch collision rate (f). Luminosity L is given: L=f n1n2 /4πσxσy The need of higher energy and higher intensity beams leads scientists to conceive new upgrade projects. The accelerators of the injector complex gave a decisive contribution to the excellent performance of the Large Hadron Collider (LHC) during its first run, which finished in February 2013, and was crowned with the discovery of the Higgs boson. The injectors had provided many different types of beams over a wide range of intensities, emittances and distances between bunches, which were crucial for safely commissioning. To reach the high luminosity, the CERN injector complex has to generate higher brightness and intensity beams. To this end, the Proton Synchrotron Booster (PSB), the PS and the Super Proton Synchrotron (SPS) are upgraded and consolidated and LINAC4 is constructed, during Long Shutdown 2 (LS2). The Large Hadron Collider (LHC) is one of the largest scientific instruments ever built. To sustain its performance, the LHC will need a major upgrade in the 2020s. This will increase its instantaneous luminosity (rate of collisions). The goal of LHC Injectors Upgrade (LIU) project is to make the injectors capable of delivering reliably the beams required by the HL-LHC. For the production of the future HL-LHC (High Luminosity LHC) type beams, major upgrades are needed to eliminate the existing limitations, in particular related for example to space-charge. Proton Synchrotron (PS) plays an important role in the production of the beams for the Large Hadron Collider (LHC), as its goal is to preserve at maximum the transverse emittances defined by its injector, the PS Booster (PSB). The current 1.4 GeV CERN PS injection energy limits the maximum intensity required by the future High-Luminosity LHC. The bare machine large chromaticity combined with the non-linear space charge forces make high-brightness and high-intensity beams cross betatron resonances along the injection flat bottom, inducing in this way transverse emittance blow-up and beam losses. This Master thesis work has been carried out at CERN in the framework of the LHC (Large Hadron Collider) Injector upgrade (LIU) program. Experiments were carried out in order to identify the existing betatronic resonances of Proton Synchrotron (PS) by applying a large emit- tance, not space-charge dominated beam on a magnetic flat bottom at constant energy, leading to the observation of the tune diagrams. The results of measurements will be presented in this thesis.	el
heal.sponsor	Η έρευνα φυσικής υψηλής ενέργειας ήταν πάντα η κινητήρια δύναμη πίσω από την ανάπτυξη επιταχυντών σωματιδίων. Για αυτόν τον λόγο ήταν απαραίτητο να πάμε σε ακόμη υψηλότερες ενέργειες. Η κύρια παράμετρος που πρέπει να μεγιστοποιηθεί είναι η φωτεινότητα. Η φωτεινότητα εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων ανά δέσμη (n1, n2), το εγκάρσιο μέγεθος δέσμης στο σημείο αλληλεπίδρασης και τον ρυθμό σύγκρουσης δέσμης (f). Η φωτεινότητα L δίνεται: L = f n1n2/ 4πσxσy Η ανάγκη δέσμης μεγαλύτερης ενέργειας και υψηλότερης έντασης οδηγεί τους επιστήμονες να συλλάβουν νέα έργα αναβάθμισης. Οι επιταχυντές του συγκροτήματος εγχυτήρων έδωσαν αποφασιστική συμβολή στην εξαιρετική απόδοση του Large Hadron Collider (LHC) κατά την πρώτη του πορεία, που τελείωσε τον Φεβρουάριο του 2013, και στέφθηκε με την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs. Οι εγχυτήρες είχαν παράσχει πολλούς διαφορετικούς τύπους δοκών για ένα ευρύ φάσμα εντάσεων, εκπομπών και αποστάσεων μεταξύ τσαμπιών, οι οποίες ήταν κρίσιμες για την ασφαλή θέση σε λειτουργία. Για να επιτευχθεί η υψηλή φωτεινότητα, το σύμπλεγμα εγχυτήρων CERN πρέπει να παράγει υψηλότερη φωτεινότητα και δέσμες έντασης. Για το σκοπό αυτό, το Proton Synchrotron Booster (PSB), το PS και το Super Proton Synchrotron (SPS) αναβαθμίζονται και ενοποιούνται και το LINAC4 κατασκευάζεται, κατά τη διάρκεια του Long Shutdown 2 (LS2). Το Large Hadron Collider (LHC) είναι ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά όργανα που κατασκευάστηκαν ποτέ. Για να διατηρήσει την απόδοσή του, το LHC θα χρειαστεί μια σημαντική αναβάθμιση στη δεκαετία του 2020. Αυτό θα αυξήσει τη στιγμιαία φωτεινότητα (ρυθμός σύγκρουσης). Ο στόχος του έργου LHC Injectors Upgrade (LIU) είναι να καταστήσει τους εγχυτήρες ικανούς να παρέχουν αξιόπιστα τις δέσμες που απαιτούνται από το HL-LHC. Για την παραγωγή των μελλοντικών ακτίνων τύπου HL-LHC (High Luminosity LHC), απαιτούνται σημαντικές αναβαθμίσεις για την εξάλειψη των υπαρχόντων περιορισμών, ιδίως σε σχέση με τη χωρητικότητα. Το Proton Synchrotron (PS) παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή των δοκών για το Large Hadron Collider (LHC), καθώς ο στόχος του είναι να διατηρήσει στο μέγιστο τις εγκάρσιες εκπομπές που ορίζονται από τον εγχυτήρα του, το PS Booster (PSB). Η τρέχουσα ενέργεια έγχυσης 1.4 GeV CERN PS περιορίζει τη μέγιστη ένταση που απαιτείται από το μελλοντικό LHC υψηλής φωτεινότητας. Η μεγάλη χρωματική μηχανή του γυμνού μηχανήματος σε συνδυασμό με τις μη γραμμικές δυνάμεις φόρτισης χώρου δημιουργούν ακτίνες υψηλής φωτεινότητας και υψηλής έντασης διασταυρούμενους συντονισμούς κατά μήκος του επίπεδου πυθμένα έγχυσης, προκαλώντας με αυτόν τον τρόπο εγκάρσια έκρηξη εκπομπής και απώλειες δέσμης. Αυτή η εργασία μεταπτυχιακών εργασιών πραγματοποιήθηκε στο CERN στο πλαίσιο του προγράμματος αναβάθμισης LHC (Large Hadron Collider) Injector (LIU). Πραγματοποιήθηκαν πειράματα για τον εντοπισμό των υπαρχόντων βηταρονικών συντονισμών του Proton Synchrotron (PS) εφαρμόζοντας μια μεγάλη εκπομπή, όχι κυριαρχούμενη δέσμη φορτίου σε μαγνητικό επίπεδο πυθμένα σε σταθερή ενέργεια, οδηγώντας στην παρατήρηση των διαγραμμάτων συντονισμού. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων θα παρουσιαστούν σε αυτή τη διατριβή.	el
heal.advisorName	Gazis, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Maltezos, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Alexopoulos, Theo	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	70 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false