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Title: Theoretical and experimental analysis of interactions between electromagnetic fields and relativistic electrons in vacuum chamber
Authors: Dal Forno, Massimo
Supervisore/Tutore: Vescovo, Roberto
Craievich, Paolo
Issue Date: 13-Mar-2013
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Il laser ad elettroni liberi (FEL) è una sorgente luminosa di quarta generazione che ha specifiche più stringenti rispetto alle sorgenti luminose di terza generazione, tra le quali ricordiamo i sincrotroni. La cosiddetta emittanza e la traiettoria del fascio determinano la qualità del fascio, e devono soddisfare severi requisiti nei FEL. Per esempio, nella sala ondulatori, la posizione del fascio deve essere misurata con risoluzione micrometrica. Il controllo della posizione del fascio può essere effettuato utilizzando i “Cavity Beam Position Monitor” (Cavity BPM). Questa tesi descrive l’attività di ricerca eseguita sui Cavity BPM. Precisamente, la progettazione, la simulazione elettromagnetica e l'ottimizzazione di un Cavity BPM sono state effettuate. Successivamente, 25 Cavity BPM sono stati fabbricati e installati nella sala ondulatori del progetto FERMI@Elettra. I segnali sono stati acquisiti e processati con un nuovo tipo di elettronica, e una serie di misure sono state effettuate. Il secondo dispositivo studiato in questo dottorato è l'acceleratore lineare di particelle. Tradizionali strutture acceleranti, dotate di un accoppiatore a singolo ingresso causano la degradazione delle proprietà fascio elettronico, a causa dell’ asimmetria del campo elettromagnetico. Un nuovo tipo di accoppiatore, con cortocircuito mobile, viene proposto, nel quale il campo elettrico è stato simmetrizzato. La progettazione, simulazione elettromagnetica e ottimizzazione del dispositivo sono state effettuate, e un prototipo della struttura accelerante è stato prodotto e sintonizzato. Il campo elettrico è stato misurato con il metodo bead-pull. Infine, in questa tesi sono descritti i deflettori RF ad alta energia, che sono degli strumenti di diagnostica in grado di misurare le proprietà fascio elettronico, in particolare la lunghezza del banco di elettroni e lo spazio longitudinale di fase.
The Free Electron Laser (FEL) is a fourth generation light source that has more stringent specifications with respect to the third generation light sources, such as synchrotrons. The so-called emittance and the beam trajectory determine the beam quality, and must satisfy stringent requirements in FELs. For example, in the undulator hall, the beam position must be measured with the micrometer resolution. The control in the beam position can be achieved using a cavity beam position monitor (Cavity BPM). This thesis describes the research performed on the cavity BPM. Precisely, the electromagnetic design, the simulation and the optimization of a cavity BPM have been carried out. Subsequently, 25 cavity BPMs have been manufactured and installed in the undulator hall of the FERMI@Elettra project. A new RF front-end has been set up, and a series of measurements have been performed. The second device studied in this PhD is the travelling wave linear accelerator. Traditional accelerating structures endowed with a single feed coupler cause degradation of the electron beam properties, due to the electromagnetic field asymmetry. A new type of single feed structure with movable short circuit is proposed, where the electric field has been symmetryzed. The electromagnetic design, simulation and optimization of the device have been carried out, and a prototype of the accelerating structure has been produced and tuned. The electric field has been measured with the bead-pull method. Finally, in this thesis are described the High Energy RF Deflector (HERFD), which are a fundamental diagnostic tool to measure the electron beam properties, in particular the bunch length and the longitudinal phase space.
Ciclo di dottorato: XXV Ciclo
metadata.dc.subject.classification: SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Description: 2011/2012
Keywords: Cavity beam position monitors
Travelling wave linear accelerators
Particle tracking
Multipole decomposition
RF deflectors
Language: en
Type: Doctoral Thesis
Settore scientifico-disciplinare: ING-INF/02 CAMPI ELETTROMAGNETICI
NBN: urn:nbn:it:units-9917
Appears in Collections:Ingegneria industriale e dell'informazione

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