87978 - ACCELERATORS AND PLASMA PHYSICS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will acquire the basic knowledge of the acceleration mechanisms of charged particles. After an overview of the main types of accelerators, the course will focus on the description of the beam dynamics, introducing basic concepts as emittance, beta function and dispersion. Physics of plasmas will also be introduced, with particular emphasis to laser-driven plasma accelerators. The student will be able to conceive simple accelerator systems and solve simple related problems.

Contenuti

Applicazioni degli acceleratori: una breve panoramica delle applicazioni degli acceleratori di particelle nella fisica fondamentale e applicata.

Teoria Elettromagnetica: la struttura della rete magnetica in un acceleratore di particelle, la mappa di trasferimento degli elementi magnetici, il problema della stabilità dell'orbita di riferimento, la dinamica dei fasci di elettroni e protoni.

Cinematica dei fasci di particelle: il formalismo hamiltoniano per descrivere il moto delle particelle cariche nella rete magnetica, definizione dell' orbita di riferimento e del sistema di coordinate per la dinamica betartronica e longitudinale.

Dinamica lineare del fascio trasverso: elementi di ottica lineare in un acceleratore circolare e lineare, il moto betatronico in una rete magnetica, teoria di Courant-Snyder, la cella FODO e il concetto di tune di un acceleratore di particelle.

Dinamica del fascio longitudinale: il principio base della dinamica longitudinale nelle cavità a radiofrequenza.

Moto delle particelle nel formalismo hamiltoniano: gli effetti multipolari in un acceleratore di particelle. Iniezione ed estrazione del fascio: discussione delle principali problematiche legate al processo di iniezione ed estrazione del fascio negli acceleratori circolari di particelle. Dinamica non lineare del fascio: il problema della stabilità in presenza di campi magnetici non lineari, il concetto di apertura dinamica, la mappa non lineare di Poincaré per la dinamica trasversale, elementi di teoria hamiltoniana delle perturbazioni, effetti multipolari dei magneti superconduttori, l'interazione fascio-fascio, il problema della modulazione nelle correnti magnetiche, la teoria degli invarianti adiabatici e la sua applicazione agli acceleratori di particelle.

Effetti collettivi: dinamica multiparticellare, passaggio da particelle singole a sistemi multiparticellari, effetti di carica spaziale, campi indotti longitudinali e trasversali e impedenze, bunch accoppiati e instabilità del bunch singolo nei piani trasversale e longitudinale. Strumentazione e diagnostica per un fascio di particelle.

 

 

 

 

 

 

Testi/Bibliografia

H. Wiedemann Particle Accelerator Physics Springer International Publishing, 2015


G. Stupakov, G. Penn Classical Mechanics and Electromagnetism in Accelerator Physics, Springer, 2018


I. Hofmann Space Charge Physics for Particle Accelerators Springer, 2017

S.Y. Lee, Accelerator Physics, World Scientific, 2012

M.G. Minty, F. Zimmermann, Measurement and Control of Charged Particle Beams, Springer, 2003

Metodi didattici

lezioni ex cathedra  e utilizzo di sìmulazioni al computer

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

esame ortale su argomenti svolti nel corso

Strumenti a supporto della didattica

uso del calcolatore per le simulazioni di modelli

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Armando Bazzani

Consulta il sito web di Massimo Giovannozzi