Исследование когерентных эффектов взаимодействия встречных пучков и динамической апертуры на накопителе ВЭПП-2М

• Автор: Валишев, Александр Абрикович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 86 с. : ил

Оглавление

Введение

1 Динамическая апертура накопителя с круглыми пучками

1.1 Светимость установки со встречными пучками

1.2 Концепция круглых встречных пучков

1.3 Коррекция хроматизма бетатронных частот

1.4 Коррекция хроматизма структурных функций

1.5 Нелинейные эффекты

1.6 Оптимизация динамической апертуры ВЭПП-2М в режиме круглых пучков

1.7 Динамическая апертура ВЭПП-2000

2 Измерение динамической апертуры ВЭПП-2М. Тушековское время
жизни в накопителе с сильной связью колебаний
2.1 Накопитель ВЭПП-2М
2.2 Метод измерения динамической апертуры
2.3 Расчет тушековского времени жизни для накопителя с круглыми пучками
2.3.1 Потери частиц
2.3.2 Распределение плотности частиц в пучке с сильной связью колебаний
2.3.3 Время жизни частиц
2.4 Результаты измерений и их обработка
3 Когерентные синхробетатронные моды встречных пучков
3.1 Расчет параметров синхробетатронных мод
3.1.1 Синхробетатронные колебания
3.1.2 Взаимодействие встречных пучков
3.1.3 Хроматизм бетатронной частоты
3.2 Численное моделирование
3.2.1 Алгоритм трекинга
3.2.2 Обработка данных

3.3 Сравнение моделей, результаты расчетов
3.4 Наблюдение когерентных мод встречных пучков
3.5 Сравнение результатов расчетов и экспериментальных данных
3.6 Связь сдвигов частот синхробетатронных мод и £
3.7 Совместное действие эффектов встречи и внешнего импеданса
3.8 Линейно-циклические встречные пучки
Заключение
Приложение I
Приложение II
Литература

Введение
Установки со встречными пучками являются в настоящее время основными поставщиками информации в области физики элементарных частиц. При этом непрерывно повышается энергия взаимодействующих частиц: от 2 х 160 МэВ на электрон-электронном накопителе ВЭП-I, запущенном в 1964 году в ИЯФ СО АН СССР, до 2x7 ТэВ на проектируемом в настоящее время в Европейском центре ядерных исследований (CERN) протон-протонном ускорителе LHC.
Вторым не менее важным путем развития экспериментальной физики элементарных частиц является создание установок с повышенной светимостью (фабрик) в уже исследованном диапазоне энергий с целью повышения точности эксперимента и наблюдения более редких событий. В этом направлении работы ведутся во многих мировых центрах: в лаборатории Фраскати в Италии запущена Ф-фабрика DA#NE со светимостью 1031 см”2с_1; в Стенфордском ускорительном центре (SLAC) и в лаборатории КЕК в Японии идут эксперименты на В-фабриках PEP-II и КЕКВ со светимостью 2 • 1033 см~2с-1; проектируются С — т фабрики в Новосибирске и Пекине.
Институт ядерной физики СО РАН обладает богатым опытом по созданию электрон-позитронных накопителей с высокой светимостью. С 1972 года в диапазоне энергий 0.36 Ч-1.4 ГэВ в институте работает накопитель ВЭПП-2М [1,2]. За эти годы комплекс претерпел несколько последовательных модернизаций, позволивших достичь максимальной светимости 5 • Ю30 см~2с-1 на энергии 0-мезона [3]. Последние 5-6 лет коллайдер ВЭПП-2М успешно работает с двумя современными детекторами КМД-2 [4] и СНД [5]. Набранная детекторами КМД-2 и СНД интегральная светимость около 50 пб-1 дает возможность изучить с высокой точностью большинство каналов адронной аннигиляции от порога рождения адронов до максимальной энергии ВЭПП-2М 2 х 0.7 ГэВ. Вместе с 24 пб-1, накопленными на ВЭПП-2М в предыдущем поколении экспериментов (1974-1987), эта интегральная светимость более чем на порядок величины превышает 6 пб-1, набранные вместе различными экспериментальными группами в Орсэ и Фраскати в области энергии от 1.4 до 2 ГэВ. Таким образом, между максимальной энергией, достижимой на ВЭПП-2М, и 2 ГэВ имеется заметный разрыв, в котором точность имеющихся данных низкая. В то же время хорошая точность знания адронных сечений в этом диапазоне энергии является решающей для лучшего понимания многих явлений физики высоких энергий. Поэтому в ИЯФ СО РАН было принято

В результате, усредняя по импульсам q и суммируя по азимуту кольца, получаем выражение для времени жизни:
1=^=1 2cqyJl+^a0{q)P{q)dq J п(х, у, sfdxdyds = 7, öpmax) .
Здесь фактор 2 появился из-за того, что распределение P{q) нормировано на 1 в интервале q от —оо до +оо, функцию F можно найти численно. Полученная формула аналогична известной для гауссовского распределения по всем координатам [1] за исключением более сложного вида J ri2dV и P(q) для пучка с сильной связью бетатрон-ных степеней свободы.
2.4 Результаты измерений и их обработка
Измерения проводились с позитронным пучком на энергии 600 МэВ с выключенной змейкой в рабочей точке
vx = 3.185 vy = 3.
с малым вертикальным размером сгустка для того, чтобы увеличить эффект Тушека. Ток пучка во всех измерениях с разными U был равен 25 мА. Время жизни измерялось при помощи датчика тока и часов.
Для правильной интерпретации полученных результатов важно выделить из измеренного времени жизни тушековскую компоненту. Эта задача была решена следующим образом.
Потери частиц в ВЭПП-2М вызваны в основном двумя эффектами:
1. Эффектом Тушека.
2. Рассеянием на продуктах фотодесорбции, появление которых связано с наличием синхротронного излучения (гажение).
Полные потери складываются, что для наблюдаемого времени жизни дает
1 - 1 +
Г о tausch ^д os
Тушековские потери зависят от плотности частиц, в то время как гажение пропорционально току пучка. Для того, чтобы разделить два эффекта было произведено