Radiazione coerente di diffrazione da un gap in guida d'onda, prodotta da fasci ultracorti di elettroni nell'acceleratore FERMI@Elettra

Allo scopo di stabilizzare la lunghezza dei pacchetti di elettroni di un Laser ad Elettroni Liberi, e di conseguenza, la potenza di picco del raggio di fotoni, e' stata sviluppata una diagnostica avanzata per la misura della lunghezza del fascio detta Bunch Length Monitor (BLM), per l'acceleratore lineare FERMI@Elettra.
Il sistema basa il suo funzionamento sui fenomeni fisici di radiazione coerente propri di un acceleratore di particelle, che avvengono quando il fascio viene curvato, o quando questo attraversa delle discontinuita' della guida d'onda.
Quest'ultimo dispositivo interrompe la continuita' elettrica della guida d'onda, pur mantenendone la continuita' meccanica e le caratteristiche di vuoto. Quando gli elettroni del fascio attraversano il GAP, il campo elettromagnetico induce delle correnti sulle pareti della guida d'onda, che sono a loro volta sorgente di un campo elettromagnetico di diffrazione che viene irradiato fuori dalla guida.
Lo studio della radiazione di diffrazione generata dagli elettroni che attraversano il GAP ceramico verra' sviluppato in questa tesi, al fine di sfruttare tale radiazione per la determinazione delle caratteristiche longitudinali del fascio.
A partire dalla radiazione di una particella nello spazio libero, si studiera' il campo elettromagnetico irradiato mediante la risoluzione delle equazioni di Maxwell con opportune condizioni al contorno, che prevedono l'annullamento del campo elettrico tangente sulle pareti della guida, con la successiva applicazione del metodo di fattorizzazione di Wiener-Hopf. Si introdurra' dunque tale metodo, determinando grazie ad esso la densita' spettro-angolare dell'energia irradiata da una particella uscente da una guida cilindrica circolare semiinfinita, e della densita' spettro-angolare dell'energia irradiata dalla carica puntiforme entrante nella guida. I risultati cosi' ottenuti saranno quindi sfruttati per il calcolo dell'energia irradiata dal GAP, che puo' essere visto come una struttura costituita da due guide d'onda cilindriche, circolari, coassiali ed affacciate. Si introdurranno, e si giustificheranno, alcune importanti semplificazioni dell'espressione ottenuta, prima fra tutte l'assunzione che la radiazione che arriva ad un determinato punto sia somma di soli due termini, legati alla diffrazione dai due estremi del GAP.
Una radiazione da un pacchetto di elettroni e' caratterizzata da una frequenza cosiddetta di onset, al di sotto della quale la radiazione stessa e' di tipo coerente, e c'e' una dipendenza quadratica di questa dal numero di elettroni N, e dalle caratteristiche longitudinali del fascio, e al di sopra della quale la radiazione e' incoerente, e la sua dipendenza con il numero di elettroni e' lineare.
Quale estensione dello studio analitico nel dominio della frequenza, si passera' allo studio della radiazione da GAP con l'ausilio di simulazioni numeriche nel dominio del tempo, utilizzando il software CST PARTICLE STUDIO.
Dalle simulazioni si intende ottenere il campo elettrico in funzione del tempo, e di conseguenza la densita' spettro-angolare di energia. Questo risultato sara' poi confrontato con quello ottenuto per via analitica.
Infine, si eseguiranno alcune misure con il GAP effettivamente installato sulla macchina, e per un'energia del fascio di 100 MeV.