Die Instabilität eines Strahls in Hadronen-Kreisbeschleunigern durch Koppelimpedanzen und Elektronenwolken wird untersucht. Der Future Circular Collider für Hadronen-Hadonen-Stöße (FCC-hh) ist ein möglicher Nachfolger des Large Hadron Collider (LHC). Der FCC-hh soll mit einer Kollisionsenergie von 100 TeV in einem Tunnel mit einem Umfang von 100 km betrieben werden, im Vergleich zu 14 TeV-Kollisionsenergie und 27 km Umfang für den LHC. Ähnlich wie beim LHC kann auch beim FCC-hh die innere Vakuumkammer ein limitierender Faktor für die Strahlstabilität sein. Die elektromagnetische Wechselwirkung von Strahl und Kammer wird durch eine Strahlkoppelimpedanz beschrieben, während die Wechselwirkung zwischen dem Strahl und den freien Elektronen im Strahlrohr zur Bildung der Elektronenwolke führt. Die Leistungsfähigkeit des Colliders kann durch Strahlinstabilitäten, Strahlverluste, Wärmebelastung und Vakuumdegradation beeinträchtigt werden.

Absolute Vorhersagen von kollektiven Effekten erfordern eine möglichst realistische Beschreibung der Gesamtimpedanz. Aufgrund der Unsicherheiten in den elektromagnetischen Materialeigenschaften und fehlender Komponentendetails in der gegenwärtigen Entwurfsphase der Kammer würden die absoluten Schätzungen große Fehlerbalken aufweisen. Stattdessen konzentriert sich diese Arbeit auf die Skalierung der kollektiven Effekte mit der Strahlenergie und der Kammergeometrie vom LHC bis zum FCC-hh, da dies tatsächliche Beobachtungen an einem bestehenden Collider zu einem neuen mit vielen Ähnlichkeiten in Beziehung setzen kann.

Die Impedanzen werden für die detaillierten transversalen Querschnitte für die FCC-hh und die LHC Kammern berechnet. Es hat sich gezeigt, dass das aktuelle Design der FCC-hh Kammer einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtimpedanz leistet. Basierend auf einer Analyse der durch die Impedanz bedingten Effekte schlägt diese Arbeit Änderungen im Design der Kammer vor, um dessen Impedanzbeitrag zu reduzieren.

Eine Studie zur Entstehung von Elektronenwolken wird ebenfalls für die detaillierten Querschnitte für die FCC-hh und die LHC Kammern durchgeführt. Als ein Ergebnis dieser Studien kann geschlossen werden, dass eine zusätzliche Beschichtung der inneren FCC-hh Kammer erforderlich ist, um die durch die Elektronenwolke verursachten Effekte abzuschwächen. Zur Untersuchung der Auswirkungen auf die durch die Elektronenwolke hervorgerufenen Effekte aufgrund der höheren Strahlenergie und der kleineren Apertur des FCC-hh-Strahlenschirms im Vergleich zum LHC wird außerdem eine Untersuchung des Wärmeeintrags durchgeführt.