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

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

Accelerazione = aumento di energia

Campi Magnetici

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

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

Frequenza di Rivoluzione

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

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

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

Quadrupoli campo magnetico forze sulle particelle

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

Quadrupoli Componenti del campo magnetico : cost =

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

Accelerare elettroni: La luce di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

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

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone

Beamline

Free Electron Laser (FEL)

Applicazioni luce di sincrotrone

Acceleratori: Stabilità di un fascio

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.

Focheggiamento trasversale

Dinamica trasversale: oscillazioni di betatrone

Dinamica longitudinale: oscillazioni di sincrotrone

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

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

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

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

Sincrotrone: riassunto

Processi fondamentali a singola particella

Effetti collettivi a singolo fascio

Effetti a due fasci (collider)