Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4206
Hinterberger, Frank
Beam-Target Interaction and Intrabeam Scattering in the HESR Ring: Emittance, Momentum Resolution and Luminosity
34 S., 2006
Strahl-Target Wechselwirkung und Intrabeam Scattering in dem
HESR Ring: Emittanz, Impulsauflösung und Luminosität
Die Strahl-Target Wechselwirkung wird im Hinblick auf die Zunahme der transversalen und longitudinalen
Emittanz des Antiprotonenstrahls im HESR Speicherring untersucht. Das transversale Emittanzwachstum,
das durch die Kleinwinkelstreuung verursacht wird, kann mit Hilfe des differentiellen
Wirkungsquerschnitts der Coulomb Streuung analytisch beschrieben werden. Ebenso kann das longitudinale
Emittanzwachstum, das durch den Energieverlust des Strahls verursacht wird, mit Hilfe des auf
den Energieverlust bezogenen differentiellen Wirkungsquerschnitts berechnet werden. Es wird gezeigt,
dass Teilchen, die einen Energieverlust in der Nähe des maximal möglichen Energieverlustes bei einem
frontalen Stoss mit einem Targetelektron erleiden, wegen der eingeschränkten Impulsakzeptanz des
HESR Rings verloren gehen. Die Annahme einer relativen Impulsakzeptanz von 1. 10-3 ergibt eine
um eine Größenordnung kleinere Wachstumsrate der mittleren quadratischen Impulsabweichung. Die
für den High Resolution Mode und High Luminosity Mode notwendigen Kühlraten werden unter der
Annahme berechnet, dass die Aufheizung des Strahls durch die Strahl-Target Wechselwirkung dominiert
wird. Zum Vergleich werden die Intrabeam-Scattering Effekte abgeschätzt. Sowohl für die Elektronenkühlung
wie für die stochastische Kühlung werden analytische Ausdrücke angegeben, die zur Berechnung
der Kühlraten und der erreichbaren Impulsauflösung verwendet werden können. Das Potential
der Elektronenkühlung und der stochastischen Kühlung wird im Hinblick auf die erreichbare Impulsauflösung
und den Strahl-Target Uberlapp diskutiert. Strahlverlustraten und über die Zeit gemittelte
Luminositäten werden berechnet. Dabei werden der totale hadronische Wirkungsquerschnitt, die eingeschränkte
Impulsakzeptanz des HESR Rings, die Großwinkelstreuung der Coulomb Wechselwirkung
und der Touschek Effekt berücksichtigt.
Beam-Target Interaction and Intrabeam Scattering in the HESR Ring:
Emittance, Momentum Resolution and Luminosity
The beam-target interaction is studied with respect to the transverse and longitudinal emittance growth
of the HESR antiproton beam. The transverse emittance growth caused by the small angle Coulomb
scattering can be described analytically using the differential cross section of the Coulomb interaction.
Similarly, the longitudinal emittance growth caused by the energy loss of the beam can be calculated
using the differential cross section of the energy-loss distribution. It is shown that particles with energy
losses near the maximum energy loss in a head-on collision with a target electron are lost due to
momentum acceptance of the HESR ring. Taking a relative momentum acceptance of about 1. 10-3
into account yields an order of magnitude smaller growth rate of the mean square momentum deviation.
The necessary cooling rates for the High Resolution mode and the High Luminosity mode are deduced
assuming that the beam-target interaction is the dominant beam heating process. For comparison the
effects of intrabeam scattering are estimated. For electron and stochastic cooling, analytic expressions
are quoted in order to evaluate the momentum resolution and cooling rate. The potentialities of electron
and stochastic cooling are discussed with respect to the achievable momentum resolution and beamtarget
overlap. Beam loss rates and average luminosities are evaluated taking the total hadronic cross
section, the restricted momentum acceptance of the HESR ring, the large angle Coulomb scattering and
the Touschek effect into account.
Neuerscheinungen
Schriften des Forschungszentrums Jülich
Ihre Ansprechperson
Heike Lexis
+49 2461 61-5367
zb-publikation@fz-juelich.de