Elektron-sky-effekt - Electron-cloud effect

Den elektron-sky effekt er et fenomen som forekommer i partikkelakseleratorer og reduserer kvaliteten av partikkelstråle .

Forklaring

Elektronskyer opprettes når akselererte, ladede partikler forstyrrer forvillede elektroner som allerede flyter i røret, og spretter eller slynger elektronene inn i veggen. Disse omstreifede elektronene kan være fotoelektroner fra synkrotronstråling eller elektroner fra ioniserte gassmolekyler. Når et elektron treffer veggen, avgir veggen flere elektroner på grunn av sekundærutslipp . Disse elektronene treffer igjen en annen vegg, og slipper stadig flere elektroner inn i gasspedisjonskammeret.

Forverrende faktorer

Denne effekten er spesielt et problem ved positron- akselerasjoner, der elektroner tiltrekkes og slynges inn i veggene med forskjellige innfallsvinkler . Negativt ladede elektroner frigjort fra gassens vegger tiltrekkes av den positivt ladede bjelken, og danner en "sky" rundt den.

Virkningen er mest uttalt for elektroner med omkring 300 eV av kinetisk energi - med et bratt fall-off av effekten på mindre enn den energi, og en gradvis drop-off ved høyere energier, som oppstår fordi elektronene "grave" seg dypt inne veggene i gasspedalrøret, noe som gjør det vanskelig for sekundære elektroner å slippe ut i røret.

Effekten er også mer uttalt for vinkler med høyere forekomst (vinkler lenger enn det normale ).

Elektronskyvekst kan være en alvorlig begrensning i gjengstrømmer og totalstrålestrømmer hvis multiplikasjon skjer. Multifunksjon kan oppstå når elektronskyens dynamikk kan oppnå en resonans med gjengavstanden til gasspedalen. Dette kan forårsake ustabiliteter langs et gjengtog og til og med ustabiliteter i en enkelt gjeng, som er kjent som hodet-ustabilitet.

Foreslåtte virkemidler

Noen få midler har blitt foreslått for å håndtere dette, for eksempel å sette rygger i gassrøret, legge antikamre til røret, belegge røret for å redusere utbyttet av elektroner fra overflaten, eller lage et elektrisk felt for å trekke inn bortkommen elektroner. Ved PEP-II- akseleratoren på SLAC National Accelerator Laboratory har vakuumrøret som inneholder positronringen en tråd som er kveilet rundt hele lengden. Å føre en strøm gjennom denne ledningen skaper et magnetisk magnetfelt som har en tendens til å inneholde elektronene frigjort fra bjelkerørveggene.

Den Large Hadron Collider er svært utsatt for multipacting grunn av den stramme avstanden (25 ns) av dens proton bunter. Under løpet 1 (2010–2013) brukte vitenskapens operasjoner hovedsakelig bjelker med 50 ns mellomrom, mens 25 ns bjelker ble bare ansatt til korte tester i 2011 og 2012. I tillegg til å bruke en ribbestrålskjerm designet for å minimere sekundær elektronutslipp, var effekten kan også reduseres ved elektronisk bombardement på stedet. Dette gjøres i LHC ved å sirkulere en spesiell ikke-vitenskapelig "skrubbe" -stråle som er spesielt utviklet for å generere så mange elektroner som mulig innenfor begrensningene for varmespredning og strålestabilitet. Denne teknikken ble testet under løpet 1, og vil bli brukt for å tillate drift ved 25 ns gjengavstand i løpet av løpet 2 (2015–2018).

Målingsteknikker

Det er mange forskjellige måter å måle elektronskyen i et vakuumkammer. Hver og en gir innsikt i et annet aspekt av elektronskyen.

Retarderende feltanalysatorer er lokale gitter i kammerveggen som lar noen av skyen slippe ut. Disse elektronene kan filtreres av et elektrisk felt, og det resulterende energispekteret kan måles. Retarderende feltanalysatorer kan installeres i driftregioner, dipoler, firdupoler og svingmagneter. En begrensning er at retarderende feltanalysatorer bare måler lokal sky, og fordi de måler strøm, er det iboende noe tid i gjennomsnitt involvert. RFA kan også samhandle med målingen den tar gjennom sekundære elektroner fra det retarderende nettet som blir utvist fra RA og blir kastet tilbake i enheten av bjelken.

Vitnehundstudier måler melodiforskyvningen langs påfølgende klaser i et tog og i en vitnegruppe som er plassert på forskjellige steder bak toget. Siden melodiforskyvning er relatert til den gjennomsnittlige ringetette sentrale skytettheten, hvis melodiforskyvningen er kjent, kan den sentrale skytettheten beregnes. En fordel med vitnebunkeundersøkelser er melodiforskyvninger som kan måles bunn for bunke, og så kan tidsutviklingen til skyen måles.

Vakuumkammeret i en akselerator kan brukes som bølgeleder for radiofrekvensoverføring. Tverr-elektriske bølger kan forplantes i kammeret. Elektronskyen fungerer som et plasma og forårsaker et tetthetsavhengig faseskifte i RF. Faseskiftet kan måles som frekvens sidebånd som deretter kan konverteres tilbake til en plasmatetthet.

Se også

Videre lesning

  • J. Crisp, N. Eddy, I. Kourbanis, K. Seiya, B. Zwaska (2009). "Måling av elektronskyetetthet med mikrobølger i Fermilabs hovedinjektor" (PDF) . Proc. DIPAC09, Basel, Sveits .CS1-vedlikehold: Bruker forfatterparameter ( lenke )
  • J. Wei, M. Bai, M. Blaskiewicz, P. Cameron, R. Connolly, A. Della Penna, W. Fischer, H.-C. Hseuh, H. Huang (2006). "Elektronsky og ustabil ustabilitet i Relativistic Heavy Ion Collider" (PDF) . Proc. HB2006, Tsukuba, Japan .CS1-vedlikehold: Bruker forfatterparameter ( lenke )

referanser

Eksterne linker