Few things about Accelerators. M. Cobal, University of Udine Thanks to S. Passaggio

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1 Few things about Accelerators M. Cobal, University of Udine Thanks to S. Passaggio

2 Accelerazione = aumento di energia

3 Campi Magnetici

4 In ogni acceleratore esiste una traiettoria di riferimento, sulla quale viaggia la particella nominale (energia nominale, momenti trasversali nulli). In un acceleratore circolare tale traiettoria è un orbita chiusa formata da archi di cerchio e tratti dritti

5 Siccome le particelle fanno traiettorie deviate rispetto a quest orbita servono anche forze focheggianti che le mantengano vicine ad essa

6 Frequenza di Rivoluzione

7 Sistema di Riferimento x orizzontale y verticale s longitudinale sulla traiettoria di riferimento

8 Magneti in un acceleratore circolare DIPOLI: determinano la traiettoria di riferimento QUADRUPOLI: mantengono le oscillazioni di tutte le particelle intorno alla traiettoria di riferimento SESTUPOLI: correggono l effetto cromatico dei quadrupoli

9 Dipoli Bending Magnet Campo magnetico verticale: Componenti nel nosto sistema di riferimento B x = 0 B y =B 0 B z = 0

10 Quadrupoli campo magnetico forze sulle particelle

11 Quadrupoli ll campo di un quadrupolo ha la funzione di focheggiare (o defocheggiare) le particelle, e si comporta quindi come una lente ottica. Il suo campo ideale è lineare

12 Quadrupoli Componenti del campo magnetico : cost =

13 Magneti permanenti Quadrupoli usati nelle zone di interazione di DAFNE per alcune applicazioni si usano i materiali a magneti permanenti: il campo magnetico è fisso, non può essere variato con l energia; non consumano corrente i usati spesso negli ondulatori delle sorgenti di luce di sincrotrone

14 Accelerare elettroni: La luce di sincrotrone

15 Radiazione di sincrotrone

16 Radiazione di sincrotrone Brillanza potenza emessa dalla unità di superficie sotto un angolo solido unitario d'osservazione

17 Radiazione di sincrotrone

18 Radiazione di sincrotrone

19 Radiazione di sincrotrone

20 Radiazione di sincrotrone

21 Radiazione di sincrotrone

22 Radiazione di sincrotrone

23 Radiazione di sincrotrone

24 Radiazione di sincrotrone

25 Radiazione di sincrotrone

26 Beamline

27 Free Electron Laser (FEL)

28 Applicazioni luce di sincrotrone

29 Acceleratori: Stabilità di un fascio

30 Sincrotrone: dinamica dei fasci Le particelle compiono un numero molto elevato di rivoluzioni. Problema base: stabilità dei fasci, mantenere intensità e sezione trasversale per tempi lunghi. Focheggiamento trasversale Correggere le deviazioni dall orbita ideale per particelle di energia pari all energia nominale del fascio Ridurre il più possibile le dimensioni trasversali del fascio, specialmente in corrispondenza delle zone di interazione. Stabilità di fase (focheggiamento longitudinale) Particelle di energie diverse possiedono frequenze di rivoluzione diverse: in assenza di opportune condizioni, questo porterebbe ad amplificare progressivamente lo sfasamento delle particelle dal picco della tensione RF, finendo per distruggere la sincronia di accelerazione e diminuendo l intensità del fascio.

31 Focheggiamento trasversale

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42 Dinamica trasversale: oscillazioni di betatrone

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51 Dinamica longitudinale: oscillazioni di sincrotrone

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53 Spazio delle fasi di una particella Area dell ellisse = invariante del moto a energia costante α, β, γ, variano lungo s; l area dell ellisse è invece costante

54 Caratterizzazione del fascio Le particelle di un fascio in un acceleratore non hanno tutte la stessa energia e posizione L energia, la posizione e il momento trasverso hanno distribuzioni gaussiane y Il pacchetto di particelle è un ellissoide a 6 dimensioni: s Posizione - momento orizzontale Posizione - momento verticale Energia - posizione longitudinale x distribuzione coordinata

55 Caratterizzazione di una particella x y ΔE/E x y Δl Ogni particella ha il suo invariante nei 3 spazi delle fasi : orizzontale, verticale e longitudinale

56 Dimensione del fascio Quanto misura il pacchetto di elettroni o positroni all interno della camera da vuoto? La dimensione trasversa del fascio è (rms della gaussiana) emittanza Negli anelli di collisione e + e - nel piano orizzontale la σ è tipicamente dell ordine dei mm mentre nel piano verticale è circa 100 volte minore

57 Sincrotrone: riassunto

58 Processi fondamentali a singola particella

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61 Effetti collettivi a singolo fascio

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63 Effetti a due fasci (collider)