Fizica acceleratorului
Fizica acceleratorului se ocupă de problemele inerente construcției și gestionării acceleratorilor de particule .
Experimentele efectuate cu acceleratoare de particule nu sunt considerate parte a fizicii acceleratorului . Acestea aparțin (în funcție de obiective și experimente) fizicii particulelor , fizica nucleară , fizica materiei condensate, fizica materialelor sau alte domenii științifice și tehnologice. Tipurile de experimente efectuate cu un anumit accelerator sunt în mare parte limitate de caracteristicile acceleratorului în sine, cum ar fi tipurile și energiile particulelor, intensitatea și calitatea fasciculului etc.
Prin urmare, fizica acceleratorului este studiul mișcării fasciculului de particule prin mașină, controlul și manipularea fasciculului, interacțiunea cu mașina în sine și măsurarea diferiților parametri asociați cu fasciculele de particule.
Descriere
Ecuații de mișcare
Mișcarea particulelor încărcate printr-un accelerator este controlată prin aplicarea câmpurilor electromagnetice . Ecuațiile mișcării pot fi derivate din mecanica relativistă hamiltoniană . De obicei, se scrie un hamiltonian separat pentru fiecare element (de exemplu, pentru un singur magnet cvadrupolar sau structură de accelerație), pentru a permite rezolvarea ecuațiilor de mișcare pentru acest element unic. Odată ce acest lucru a fost făcut pentru fiecare element detectat în mașină, traiectoria completă a fiecărei particule poate fi calculată pentru întreaga mașină.
În multe cazuri nu este posibilă o soluție generală a Hamiltonianului complet și, prin urmare, este necesar să se facă aproximări, cum ar fi aproximarea paraxială (o serie Taylor în variabile dinamice, trunchiată în ordinea inferioară). Cu toate acestea, chiar și în cazul câmpurilor magnetice puternic neliniare, o transformată Lie poate fi utilizată pentru a construi un integrator cu un grad ridicat de precizie și, prin urmare, nu este necesară aproximarea paraxială .
Diagnostic
Elementele fundamentale pentru orice accelerator sunt dispozitivele de diagnostic care permit măsurarea diferitelor proprietăți ale pachetelor de particule.
O mașină tipică poate utiliza diferite tipuri de dispozitive pentru a măsura diferite proprietăți. Acestea includ (dar nu se limitează la ) Monitoare de poziție a fasciculului (BPM) pentru măsurarea poziției pachetelor, afișaje - afișaje fluorescente, dispozitive de radiație optică de tranziție (OTR) - pentru a reprezenta profilul fasciculului, scanere de sârmă pentru a măsura secțiunea sa transversală și toroizi sau ITC pentru a măsura sarcina (adică numărul de particule) a fasciculului.
Proiectarea atentă a dispozitivelor avansate capabile să măsoare un fascicul și, în general, să asigure diagnosticarea mașinii, este adesea baza succesului acceleratorului în ansamblu.
Toleranțe ale mașinii
Erorile în alinierea componentelor, intensitatea câmpului etc. sunt inevitabile la mașinile de această scară, deci este important să se ia în considerare toleranțele sub care poate funcționa o mașină.
Inginerii vor oferi fizicienilor toleranțele preconizate pentru alinierea și fabricarea fiecărei componente pentru a permite simulări fizice complete ale comportamentului așteptat al mașinii în aceste condiții. În cazul în care performanța simulată este inacceptabilă, poate fi necesar să rearanjați componentele și să dezvoltați algoritmi care să permită „reglarea” performanței mașinii la nivelul de proiectare.
Acest lucru poate necesita multe simulări ale diferitelor condiții de eroare pentru a determina succesul relativ al fiecărui algoritm de optimizare și, astfel, să permită aranjarea indicațiilor pentru colectarea algoritmilor în mașina reală.
Interacțiuni între fascicul și mașină
Datorită câmpurilor electromagnetice puternice care urmează fasciculului, este posibil să interacționeze cu orice impedanță electrică din pereții canalului fasciculului, rezistivă (datorită rezistivității finite a materialului canalului fasciculului) sau inductivă / capacitivă (datorită modificărilor geometrice în conducta fasciculului). secțiunea transversală a conductei fasciculului).
Aceste impedanțe pot induce așa - numitele câmpuri de trezire (deformări ale câmpului electromagnetic al fasciculului) care pot interacționa ulterior cu particulele. Deoarece această interacțiune poate avea un efect negativ, trebuie studiată pentru a determina magnitudinea acesteia și orice acțiune care poate fi întreprinsă pentru a o atenua.
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Site-ul UCB / LBL Beam Physics , la bc1.lbl.gov . Adus la 1 mai 2010 (arhivat din original la 27 februarie 2005) .
- ( EN ) Pagina BNL pe The Alternating Gradient Concept , pe bnl.gov .
