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)