Impedance Characterisation of the SPS Wire Scanner

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-05-08
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
69+8
Series
Abstract
As a beam diagnostic tool, the SPS wire scanner interacts with the proton bunches traversing the vacuum pipes of the Super Proton Synchrotron particle accelerator. Following the interaction, the bunches decelerate or experience momentum kicks off-axis and couple energy to the cavity walls, resonances and to the diagnostic tool, the scanning wire. The beam coupling impedance and, in particular, the beam induced heating of the wire motivate the characterisation and redesign of the SPS wire scanner. In this thesis, we characterise RF-wise the low frequency modes of the SPS wire scanner. These have the highest contribution to the impedance. We measure the cavity modes in terms of resonance frequency and quality factor by traditional measurement techniques and data analysis. We carry out a 4-port measurement to evaluate the beam coupling to the scanning wire, that yields the spectral heating power. If combined with the simulations, one is able to extract the beam coupling impedance and deduce the spectral dissipation power. The scope of this thesis is in the measurements and data analysis, yet efforts with simulations have been taken too.

Super Proton Synchrotron (SPS) hiukkaskiihdyttimen lankaskanneri on diagnostiikkatyökalu, joka vuorovaikuttaa sen läpi kulkevien protonikimppujen kanssa. Vuorovaikutuksen myötä, hiukkaskimput voivat hidastua tai kokea voimia poikittaisessa suunnassa etenemiseen nähden. Energiaa kytkeytyy myös laitteen seinämiin, resonansseihin ja diagnostiikkatyökalun lankaan. Hiukkassuihkuimpedanssi, ja erityisesti hiukkassuihkun indusoima langan ylikuumentuminen, motivoivat SPS lankaskannerin kartoitusta ja uudelleensuunnittelua. Tässä diplomityössä kartoitamme radiotaajuuksia käyttäen SPS lankaskannerin matalimmat ominaistaajuudet. Niillä on suurin merkitys impedanssiin. Määritämme värähtelymoodien taajuudet ja hyvyysluvut perinteisillä mittausmenetelmillä ja data-analyysillä. Neliporttimittauksella arvioimme hiukkassuihkun energian kytkeytymistä lankaan mitatuilla resonanssitaajuuksilla. Yhdistettynä simulointeihin, tästä voisi ratkaista hiukkassuihkuimpedanssin ja tehonkulutuksen taajuuden funktiona. Tässä diplomityössä keskityn mittauksiin ja niiden huolelliseen analyysiin, minkä lisäksi simulointeja käytän päättelyn tukena.
Description
Supervisor
Sillanpää, Mika
Thesis advisor
Salvant, Benoit
Keywords
wire scanner, electromagnetic simulations, probe measurements, beam coupling impedance, wire heating
Other note
Citation