가속기 물리학

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가속기 물리학은 입자 가속기의 설계, 구축 및 작동과 관련된 응용 물리학의 한 분야입니다.이와 같이 상대론적 하전 입자 빔의 움직임, 조작 및 관찰과 전자기장에 의한 가속기 구조와의 상호작용에 대한 연구라고 할 수 있다.

다른 필드와도 관련이 있습니다.

• 마이크로파 엔지니어링(무선 주파수 범위의 가속/편향 구조용)
• 기하학적 광학(빔 포커싱 및 벤딩)과 레이저 물리학(레이저-입자 상호 작용)에 중점을 둔 광학.
• 디지털 신호 처리를 중시하는 컴퓨터 테크놀로지.예를 들어 입자 빔의 자동 조작을 위한 기술입니다.
• 플라즈마 물리학, 강렬한 빔의 묘사를 위한.

입자 가속기를 사용하여 수행된 실험은 가속기 물리학의 일부로 간주되지 않고 입자 물리학, 핵 물리학, 응집 물질 물리학 또는 재료 물리학 등에 속합니다.특정 가속기 시설에서 수행되는 실험 유형은 평균 에너지, 입자 유형, 강도 및 치수와 같은 생성된 입자 빔의 특성에 따라 결정됩니다.

입자 가속 및 RF 구조와의 상호작용

Cockcroft-Walton 전압승수처럼 정전장을 사용하여 하전 입자를 가속할 수 있지만, 이 방법에는 고전압에서의 전기적 고장으로 인한 한계가 있습니다.또한 정전장이 보수적이기 때문에 최대 전압은 입자에 적용되는 운동 에너지를 제한합니다.

이 문제를 피하기 위해 선형 입자 가속기는 시간 가변 필드를 사용하여 작동합니다.입자가 통과하는 중공 거시적 구조(파장 제한)를 사용하여 이 필드를 제어하기 위해 이러한 가속 필드의 주파수는 전자파 스펙트럼의 무선 주파수 영역에 있습니다.

입자 빔 주위의 공간은 가스 원자의 산란을 방지하기 위해 진공 챔버(또는 빔 파이프)에 밀폐되어야 합니다.빔을 따르는 강한 전자기장으로 인해 빔 파이프 벽면의 모든 전기적 임피던스와 상호작용할 수 있습니다.이는 저항 임피던스(즉, 빔 파이프 재료의 유한 저항) 또는 유도/용량 임피던스(빔 파이프 단면의 기하학적 변화로 인한)의 형태일 수 있습니다.

이러한 임피던스는 이후의 입자와 상호작용할 수 있는 웨이크장(빔의 전자장의 강한 뒤틀림)을 유도합니다.이 상호작용은 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 그 크기를 결정하고 이를 완화하기 위해 취할 수 있는 조치를 결정하기 위해 연구된다.

빔 다이내믹스

입자의 빠른 속도와 그에 따른 자기장의 로렌츠 힘 때문에 빔 방향에 대한 조정은 주로 입자를 편향시키는 정자기장에 의해 제어됩니다.대부분의 가속기 개념(사이클로트론 또는 베타트론과 같은 소형 구조 제외)에서 이러한 개념은 다른 특성과 기능을 가진 전용 전자석에 의해 적용됩니다.이러한 유형의 가속기 개발에 있어 중요한 단계는 강한 ^[1]초점을 이해하는 것이었다.빔을 구조내로 유도하기 위해 쌍극자석을 사용하고, 빔 포커싱에는 4극자석을, 분산효과 보정에 6극자석을 사용한다.

액셀러레이터의 정확한 설계궤도(또는 설계궤도) 상의 입자는 쌍극자장 성분만 발생하며, $가로위치편차{\displaystyle }$x ( $s$) \ $displaystyle \scriptstyle$x ($$s )의 입자는 설계궤도에 다시 포커스를 맞춘다.예비 계산의 경우 4극성보다 높은 모든 필드 성분을 무시하면 비균형 힐 미분 방정식

${\displaystyle {d^{2}} {x(s) + k(s)},x(s) = squalfrac {1} {\rho}},{\frac {\delta p}{p}}}}$

다음과 같이 ^[2]근사치로 사용할 수 있습니다.

강한 초점 및 약한 초점 효과를 포함한 비표준 $초점력{\displaystyle }$k ($s$ )$$\ $displaystyle \script style$k ($$s$$)

설계 빔 임펄스 ${\displaystyle \delta }$p /$$ \ $displaystyle \scriptstyle$\ $Delta$ p$/p$}와의 상대적 편차

곡률 궤적 $반지름{\displaystyle }$ ${\$ \ $displaystyle \scriptstyle \rho$ } $、$

설계 경로 $길이{\displaystyle }$ s$\$ s$,$

따라서 시스템을 파라미터 오실레이터로 식별합니다.가속기의 빔 매개변수는 광선 전달 행렬 분석을 사용하여 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 4극자 장은 기하학 광학계의 렌즈와 유사하며 빔 포커싱에 관한 유사한 특성을 가집니다(그러나 언쇼의 정리에 따름).

일반적인 운동 방정식은 상대론적 해밀턴 역학에서 유래하며, 거의 모든 경우 근축 근사법을 사용한다.근축근사가 없는 강한 비선형 자기장의 경우에도 Lie 변환을 사용하여 ^{[citation needed]}정밀도가 높은 적분기를 구축할 수 있다.

모델링 코드

가속기 물리학의 다양한 측면을 모델링하는 데 사용할 수 있는 다양한 소프트웨어 패키지가 있습니다.전기장과 자기장을 만드는 원소를 모델링하고 그 안에서 하전 입자의 진화를 모델링해야 합니다.CERN에서 설계한 빔 다이내믹스의 일반적인 코드는 MAD 또는 방법론적 가속기 설계입니다.

빔 진단

가속기의 중요한 구성요소는 입자 다발의 다양한 특성을 측정할 수 있는 진단 장치입니다.

일반적인 기계는 다양한 특성을 측정하기 위해 다양한 유형의 측정 장치를 사용할 수 있습니다.여기에는 번치의 위치를 측정하는 빔 위치 모니터(BPM), 번치의 프로파일을 촬영하는 화면(형광 스크린, OTR(광전송 방사선) 장치), 단면을 측정하는 와이어 스캔너 및 번치 전하(번치당 입자 수)를 측정하는 토로이드 또는 ICT가 포함됩니다..

이러한 장치의 대부분은 잘 알려진 기술에 의존하고 있지만, 특정 기계의 빔을 측정할 수 있는 장치를 설계하는 것은 많은 전문 지식을 필요로 하는 복잡한 작업입니다.디바이스의 동작에 관한 물리학을 완전히 이해할 필요가 있을 뿐만 아니라 디바이스가 고려 대상인 머신의 예상 파라미터를 측정할 수 있는지 확인하는 것도 필요합니다.

전체 빔 진단의 성공이 기계 전체의 성공을 뒷받침하는 경우가 많습니다.

기계 공차

이 스케일의 기계에서는 부품의 정렬, 전계 강도 등의 오차가 불가피하므로 기계가 작동할 수 있는 허용 오차를 고려하는 것이 중요합니다.

엔지니어는 물리학자에게 각 부품의 정렬과 제조에 대한 예상 공차를 제공하여 이러한 조건 하에서 예상되는 기계의 동작을 완전히 시뮬레이션할 수 있도록 합니다.대부분의 경우 컴포넌트의 재엔지니어링 또는 기계의 성능을 설계 수준으로 '조정'할 수 있는 알고리즘의 발명이 필요하기 때문에 퍼포먼스가 허용할 수 없는 수준으로 저하됩니다.

여기에는 각 조정 알고리즘의 상대적 성공 여부를 판단하고 알고리즘 수집에 대한 권장사항을 실제 머신에 배치할 수 있도록 하기 위해 다양한 오류 조건의 시뮬레이션이 필요할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 입자 가속기
• 가속기 물리학에 관한 중요한 출판물
• 카테고리:가속기 물리학
• 카테고리:액셀러레이터 물리학자
• 카테고리:입자 가속기

레퍼런스

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• Schopper, Herwig F. (1993). Advances of accelerator physics and technologies. World Scientific. ISBN 978-981-02-0957-5. Retrieved March 9, 2012.
• Wiedemann, Helmut (1995). Particle accelerator physics 2. Nonlinear and higher-order beam dynamics. Springer. ISBN 978-0-387-57564-3. OCLC 174173289.
• Lee, Shyh-Yuan (2004). Accelerator physics (2nd ed.). World Scientific. ISBN 978-981-256-200-5.
• Chao, Alex W.; Tigner, Maury, eds. (2013). Handbook of accelerator physics and engineering (2nd ed.). World Scientific. doi:10.1142/8543. ISBN 978-981-4417-17-4.
• Chao, Alex W.; Chou, Weiren (2014). Reviews of Accelerator Science and Technology Volume 6. World Scientific. doi:10.1142/9079. ISBN 978-981-4583-24-4.
• Chao, Alex W.; Chou, Weiren (2013). Reviews of Accelerator Science and Technology Volume 5. World Scientific. doi:10.1142/8721. ISBN 978-981-4449-94-6.
• Chao, Alex W.; Chou, Weiren (2012). Reviews of Accelerator Science and Technology Volume 4. World Scientific. doi:10.1142/8380. ISBN 978-981-438-398-1.

외부 링크

• 미국 입자 가속기 학교
• UCB/LBL 빔 물리 사이트
• 교대 경사 개념의 BNL 페이지