In Beschleunigern, die positiv geladene Teilchen zu hohen Energien beschleunigen, können Photo-, und Sekundäremissionen zu exponentieller Elektronenvermehrung in der Strahlkammer führen. Daraus kann sich eine sogenannte Elektronenwolke (Electron Cloud, EC) bilden. Eine EC kann in einem Teilchenbeschleuniger für lokal auftretende Phänomene wie z.B. thermische Belastung der Kammerwände, Druckanstieg oder Rauschen in der Strahldiagnostik verantwortlich sein. Auch können elektromagnetische Kräfte die von der EC auf die Teilchen des Strahls ausgeübt werden zu einer Verminderung der Strahlqualität führen. Die vorliegende Arbeit behandelt am CERN auftretende EC Effekte mittels Simulationen und experimenteller Studien. Der Fokus liegt hierbei auf dem Large Hadron Collider (LHC) und dessen Injektor, dem Super Proton Synchotron (SPS).

Im LHC wurde die EC in den tieftemperatur Ringsegmenten als eine der Hauptlimitierungen für die Leistungsfähigkeit der Maschine ausgemacht, da sie das Wärmeschild der Magnete zusätzlich thermisch belastet. Im Rahmen der Entwicklung des Wärmeschilds für die neuen High Luminosity LHC (HL-LHC) Magnete wurden die Vakuumpumpenöffnungen abgeschirmt, um die Magnete im supraleitenden Zustand zu halten. Der Einfluss dieser Schirmung auf den Prozess der Elektronenmultiplikation wird in dieser Arbeit untersucht. Dafür wurde eine neue Funktion im PyECLOUD Code implementiert.

Neben den lokalen Effekten kann die EC auch die Strahldynamik bezüglich kohärenter und inkohärenter Effekte erheblich beeinflussen. Das Verständnis dieser Mechanismen hängt hauptsächlich von numerischen Simulationen ausgeführt mit der PyECLOUD - PyHEADTAIL Software ab. Dieser innovative Ansatz verbessert die Modellierung der durch die EC beeinflusste Strahldynamik deutlich. Erstmals konnte das Einwirken der EC auf die Strahldynamik in den Quadrupolen simuliert werden. Der Mechanismus hinter zahlreichen EC Beobachtungen während des LHC Protonen Laufs von 2015 bis 2017 konnte so analysiert werden. Zusätzlich wurden potentielle Stabilisierungstechniken untersucht.

EC Effekte sind auch ein Hauptanliegen im SPS, da dieser für das LHC Injectors Upgrade (LIU) Projekt Strahle mit höherer Intensität produzieren soll. Die vorliegende Arbeit untersucht die Effektivität einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung, welche die Elektronenmultiplikation unterdrucken soll, anhand von numerischer Simulationen. Die Strahlkammer wird hierfür mit einem variierenden Sekundärelektronenemissionsprofil modelliert, um eine Beschichtungen mit der hollow-cathode Methode zu reproduzieren.