Μελέτη φαινομένων διαμήκους αστάθειας δέσμης σωματιδίων σε σύστημα δύο ραδιοσυχνοτήτων - Αργυρόπουλος, Θεόδωρος (Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2015)
Η λειτουργία σε σύστημα δύο ραδιοσυχνοτήτων (RF) είναι απαραίτητη σε πολλούς επιταχυντές, προκειμένου να αυξηθεί η ευστάθεια της δέσμης σωματιδίων, να αλλάξει το σχήμα του πακέτου σωματιδίων ή να πραγματοποιηθούν διάφοροι RF χειρισμοί της δέσμης. Αυτό συμβαίνει επίσης και στην περίπτωση της λειτουργίας του επιταχυντή SPS του CERN, κατά τη διάρκει προετοιμασίας της δέσμης πρωτονίων πριν την εκπομπή της στον επιταχυντή LHC. Συγκεκριμένα, επιπλέον του κύριου RF συστήματος, ένα σύστημα τέταρτης RF αρμονικής χρησιμοποιειται στην κατάσταση μείωσης-μήκους (BL) του πακέτου σωματιδίων, προκειμένου να αυξηθεί η διασπορά των σύνχροτρον συχνοτήτων των σωματιδίων μέσα στο πακέτο και κατά συνέπεια να ενισχυθεί η απόσβεση Landau των φαινομένων συλλογικής αστάθεις. Στην πραγματικότητα, η λειτουργία σε σύστημα δύο RF στον SPS είναι ένα από τα βασικά μέσα που, σε συνδυασμό με την ελεγχόμενη αύξηση της διαμήκους εκπεμπτικότητας, οδηγούν στη σημαντική αύξηση του κατωφλίου της διαμήκους αστάθειας της δέσμης (ενος και πολλών πακέτων) και επομένως στην παράδοση καλής ποιότητας δέσμης στον LHC. Ωστόσο, για το μέλλον του LHC και τα σχέδια αναβάθμισής του, HL-LHC και LIU, απαιτούνται υψηλότερες εντάσεις δέσμης. Δεδομένου ότι όλες οι προγραμματισμένες αναβαθμίσεις έχουν πραγματοποιηθεί, οι κύριοι περιορισμοί στην απόδοση του LHC αναμένεται να προέρχονται από φαινόμενα διαμήκους αστάθειας της δέσμης στον SPS. Η διατριβή αυτή πραγματεύεται τα οφέλη αλλά και τους περιορισμούς που προκύπτουν κατά τη λειτουργία σε σύστημα δύο RF. Η μελέτη εφαρμόστηκε στον SPS αλλά τα περισσότερα από τα αποτελέσματα μπορούν να γενικευτούν και σε άλλους επιταχυντές. Ειδικότερα, τα όρια διαμήκους αστάθειας δέσμης ενός πακέτου σωματιδίου βρέθηκαν κατόπιν μετρήσεων, προσομοιώσεων και αναλυτικών υπολογισμών για την περίπτωση εμπέδησης με μόνο φανταστικό μέρος καθώς επίσης και για την περίπτωση του υπάρχοντος μοντέλου εμπέδησης του SPS. Η επίδραση της σχετικής φάσης καθώς και του λόγου των τάσεων μεταξύ των δύο RF συστημάτων στην ευστάθεια της δέσμης μελετήθηκε επίσης διεξοδικά. Τέλος, η μη-ομοιόμορφα ελεγχόμενη αύξηση της διαμήκους εκπεμπτικότητας σε σύστημα δύο RF, που οδηγεί σε διακυμάνσεις του μήκους των πακέτων σωματιδίων, εξηγήθηκε μέσω της τροποποίησης της κατανομής των σύνχροτρον συχνοτήτων των σωματιδίων του πακέτου.