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Beam Loading Effect and Adiabatic Capture in SIS-18 at GSI

Mohite, Tripti Shekhar (2011)
Beam Loading Effect and Adiabatic Capture in SIS-18 at GSI.
Technische Universität
Ph.D. Thesis, Primary publication

Copyright Information: CC BY-NC-ND 2.5 Generic - Creative Commons, Attribution, NonCommercial, NoDerivs .

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Beam Loading Effect and Adiabatic Capture in SIS-18 at GSI
Language: English
Referees: Weiland, Prof. Thomas ; Boine-Frankenheim, Prof. Oliver ; Hülsmann, PD Peter
Date: 4 July 2011
Place of Publication: Darmstadt
Date of oral examination: 20 January 2011

For the projected Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) at GSI the upgraded, existing synchrotron SIS-18 will be used as an injector. The increased beam intensity in the upgraded SIS-18 is expected to cause additional collective effects, leading to beam loss or beam quality degradation.

Beam interaction with radio frequency (rf) cavity, resulting in beam loading effect, is an important consideration in the design and operation of high-intensity circular particle accelerators. The steady state and transient perturbation of the rf cavity system by the circulating beam can be harmful to the beam and limit the accelerator performance. Steady state beam loading effect is observed in SIS-18 with single and double rf operations. The supportive simulation and theoretical study is done, to extrapolate the results for the upgraded SIS-18.

In SIS-18 the coasting beam, i.e. an unbunched dc beam, is captured by using the rf cavities. RF capture is one of the potential sources for longitudinal beam quality degradation at high intensities. Therefore this part of the SIS-18 machine cycle requires dedicated studies. The rf voltage ramping time and the initial voltage amplitude are important parameters to be controlled. This study of longitudinal beam dynamics is helpful to determine the optimum type of voltage ramp, in terms of beam quality and total cycle time. A theoretical study has been made in this direction, supported by simulations. In line with that the experiments have been performed in SIS-18.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Für das geplante internationale Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen (FAIR: Facility for Antiproton and Ion Research) an der GSI soll der schon existierende aber modernisierte Synchrotron SIS-18 als Injektor verwendet werden. Es wird erwartet, dass die erhöhte Strahlintensität im modernisierten SIS-18 zusätzliche kollektive Effekte verursacht, die zu Strahlverlust und Minderung der Strahlqualität führt. Wechselwirkungen des Strahls mit der Radiofrequenz- (RF-) Kavität führen zu einem Beam-Loading Effekt, der einen wichtigen Einfluss auf das Design und den Betrieb von Synchrotrons hat, die mit hohen Strahlintensitäten arbeiten. Die stationären und dynamischen Störungen des Kavitätensystems durch den zirkulierenden Strahl können sich nachteilig auf diesen auswirken und limitieren die Effizienz des Beschleunigers. Der stationäre Beam-Loading Effekt wird im SIS-18 im Zusammenhang mit einfach- und doppeltharmonischen Operationen beobachtet. Simulationen und theoretische Untersuchungen wurden durchgeführt, um die Ergebnisse der Maschinenexperimente am existierenden SIS-18 auf den modernisierten zu extrapolieren. Im SIS-18 wird der ungebunchte DC Strahl (‚coasting beam') durch Radiofrequenzkavitäten gebuncht. Dieser RF-Einfang ist einer der potentiellen Quellen für die Minderung der longitudinalen Strahlqualität bei hohen Intensitäten. Aus diesem Grund muss dieser Teil des Maschinenzyklus genau untersucht werden. Die Anstiegszeit der RF-Spannung und die anfängliche Spannungsamplitude sind dabei wichtige Kontrollparameter. Die Untersuchung dieses Teils der longitudinalen Strahldynamik hilft die optimale Spannungsrampe zu bestimmen, um die optimale Strahlqualität und Umlaufzeit zu erhalten. Theoretische Untersuchungen wurden in dieser Richtung gemacht, um die Simulationen zu bestätigen. Zusätzlich wurden Maschinenexperimente am bestehenden SIS-18 durchgeführt.

URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-26577
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute of Electromagnetic Field Theory (from 01.01.2019 renamed Institute for Accelerator Science and Electromagnetic Fields)
Date Deposited: 14 Jul 2011 09:17
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2657
PPN: 38624426X
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