Kurzfassung
Die ständigen Weiterentwicklungen in der Beschleunigerphysik verlangen Leistungsfähigkeit auf höchstem Niveau. Die Performance vieler moderner Beschleuniger hängt von ihrer Fähigkeit ab, möglichst viele Teilchen in einem möglichst kleinen Volumen zu binden. Große Stromdichten rufen jedoch starke Raumladungskräfte hervor, welche sowohl Strahlqualität als auch Strahlführung negativ beeinflussen. Aufgrund dessen benötigt man verlässliche Methoden um beschleunigte Teilchen unter diesen extremen Bedingungen kontrollieren und messen zu können.
Die Phasenraum Tomographie ist eine Diagnosetechnik , die Detail der transversalen Strahlparameter für einen großen Intensitäts- und Energiebereich, mit minimalem Einfluss der Maschineninstabilitäten und in quasi nicht-destruktiver Weise messbar macht. Die Genauigkeit dieser Messmethode hängt von einer guten Kenntnis und Kontrolle der zugrunde liegenden Strahldynamik, inklusive der Einflüsse von Raumladung, in den verschiedenen Abschnitten des Messaufbaus ab.
Einerseits benötigt das Angleichen des Strahls an die transversalen Designparameter eine Prozedur, welche effizient Raumladungseffekte kompensiert. Hierbei dominieren, abhängig von der magnetischen Struktur, unterschiedliche Aspekte von Raumladungseffekten, für die entsprechende Strategien entwickelt werden müssen. Andererseits muss der Einfluss der Raumladungskräfte auf die Phasenraumtransformationen währen der Datennahem im Modell für die tomographische Rekonstruktion berücksichtigt werden.
Ziel dieser Arbeit ist es effiziente Lösungen für die Implementierung von Raumladung in das transversale Angleichen der Strahlparameter und die Phasenraum Tomographie zu entwickeln und zu testen.
The ever-expanding achievements in the field of particle accelerators push their specifications to very demanding levels. The performance of many modern applications depends on their ability to be operated with high bunch charges confined in small volumes. However, the consequence of increased intensity is strong space-charge forces, which perplex the beam manipulation and undermine the beam quality. As a result, reliable methods are needed to control and measure the accelerated particles under these extraordinary conditions. The phase space tomography is a diagnostic technique which can reveal details of the transverse beam parameters for a wide range of intensities and energies, with minimal influence from the machine instabilities, in a quasi non-destructive way. The accuracy of this method relies on the precise knowledge and control of the particle dynamics under the influence of space charge in the different stages of the measurement. On the one hand, the matching of the beam to the measurement’s design transverse parameters requires a procedure which efficiently compensates the effects of space charge. Depending on the structure of the magnetic lattice, different aspects of these effects prevail, therefore different strategies have to be developed. On the other hand, the impact of the space-charge forces on the phase-space transformations during the data acquisition has to be included in the model which is used for the tomographic reconstruction. The aim of this thesis is to provide and test time-efficient solutions of the incorporation of space charge in the transverse beam matching and phase space tomography.