Doğrusal hızlandırıcılarda kararsızlıkların incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Bir hızlandırıcıda kararsızlık problemi, en genelde, demetin hızlandırma sonunda hedeflenen enerjiye istenilen parametrelerine ulaşıp ulaşamayacağının incelendiği bir problemdir. Hızlandırılan demetin tek paket veya çoklu paket olma durumuna göre, kararsızlıklar enine ve boyuna olmak üzere iki ana başlıkta ele alınabilir. Örneğin demet kayıpları, faz?uzayı alanının büyümesi, paketlerin enine pozisyonlarındaki sıçramalar enine kararsızlık başlığında incelenirken, paketlerin boyundaki ya da fazındaki kaymalar, paketler arasındaki enerji farkı gibi nicelikler boyuna kararsızlık başlığında incelenebilir. Şüphesiz birçok durumda enine ve boyuna kararsızlıklar birbirlerine bağlıdır ve biri diğerinden bağımsız incelenememektedir. Kararsızlık nedenleri ise, en genelde, demeti oluşturan parçacıkların birbirleri ile ya da çevresel elemanlarla istenmeyen etkileşimlerde bulunması olarak özetlenebilir. Bu tez çalışmasında, öncelikle demetin hem tekli hem çoklu paket olma durumunda en temel enine ve boyuna kararsızlıkların mekanizması incelenmiştir ve kararsızlıkların etkilerini azaltacak çözümler tartışılmıştır. Akabinde, CLIC sürücü demeti hızlandırıcısında kararsızlıkları en aza indirgemek için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Asıl amacı CLIC sürücü demet hızlandırıcısı içerisinde demet fiziğini inceleme olan bu çalışmada, mevcut nümerik ve analitik yöntemler kullanılmıştır.

Instability problem of an accelerator, generally, is investigating if the beam will reach aimed energy within designed beam parameters on the accelerator taken into account. Instabilities may be taken into account longitudinally and transversely for both single-bunch and multi?bunch case of the beam. For instance, beam loss, transverse emittance dilution, transverse beam jitters can be investigated within transverse instabilities while bunch length variations, bunch phase jitter or bunch to bunch energy difference can be investigated in longitudinal instabilities. Obviously in many cases transverse and longitudinal instabilities strongly couple each other and they can`t be studied independently. However, generally, reason of instabilities may be summarized as unwanted interactions of particles with themselves or with their surroundings in an accelerator. In this thesis study we approach instability problems by first reviewing the basic mechanisms for the case of single and multi bunch beam and discuss the cures of instabilities. Afterwards, optimization studies for CLIC Drive Beam Accelerator is performed for minimizing the instabilities. In this study, the main subject of which is investigating beam physics on CLIC Drive Beam Accelerator, existing numerical and analytical tools are used.