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Radiazione coerente di diffrazione da un gap in guida d'onda, prodotta da fasci ultracorti di elettroni nell'acceleratore [email protected]

Informazioni tesi

  Autore: Roberto Appio
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2008-09
  Università: Università degli Studi di Trieste
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria delle telecomunicazioni
  Relatore: Roberto Vescovo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 148

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 [email protected]
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.

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INTRODUZIONE Nel progetto di un acceleratore di elettroni, ed in particolare in quello di un laser ad elettroni liberi, o Free Electron Laser (FEL) di ultima generazione, come la macchina [email protected] in costruzione presso il laboratorio Sincrotrone Trieste S.C.p.A., e di fondamentale importanza lo sviluppo e l’integrazione di sistemi completi di diagnostica dei pacchetti di elettroni ac- celerati, nonch e del raggio fotonico generato. Tra le propriet a della macchina che debbono essere controllate, e di grande importanza il prolo longitudinale del pacchetto di elettroni. In particola- re, al ne di garantire la necessaria stabilit a della potenza di picco della radiazione FEL, e necessario stabilizzare la lunghezza dei pacchetti. Que- sta stabilizzazione, che e ottenuta tramite un sistema di retroazione sulle ampiezze e sulle fasi a radiofrequenza di una cavit a, si basa su una misura non distruttiva della lunghezza del fascio di elettroni. A tale scopo, e stata sviluppata una diagnostica avanzata per la misura della lunghezza del fascio detta Bunch Length Monitor (BLM). Il sistema basa il suo funzionamento sui fenomeni sici di radiazione coerente propri di un acceleratore di particelle, che avvengono quando il fascio viene curvato, o quando questo attraversa delle discontinuit a della guida d’onda. Quest’ultimo dispositivo interrompe la continuit a elettrica della guida d’on- da, pur mantenendone la continuit a meccanica e le caratteristiche di vuoto. Quando gli elettroni del fascio attraversano il GAP, il campo elettromagneti- co induce delle correnti sulle pareti della guida d’onda, che sono a loro volta sorgente di un campo elettromagnetico di dirazione che viene irradiato fuori dalla guida. Lo scopo di questa tesi e lo studio della radiazione di dirazione generata dagli elettroni che attraversano il GAP ceramico, al ne di sfruttare tale ra- diazione per la determinazione delle caratteristiche longitudinali del fascio. A partire dalla radiazione di una particella nello spazio libero, si studier a il campo elettromagnetico di una carica puntiforme in una guida d’onda di conduttore elettrico perfetto, sfruttando la teoria della relativit a ristretta e confrontando il risultato ottenuto con quello che si ottiene mediante la ri- 9

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Parole chiave

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