Коллективные эффекты (физика ускорителей)

Пучки заряженных частиц в ускорителе частиц или накопителе подвергаются множеству различных процессов. Обычно динамика пучка разбивается на динамику отдельных частиц и коллективные эффекты. Источниками коллективных эффектов являются однократное или многократное межчастичное рассеяние и взаимодействие с вакуумной камерой и другой средой, формализуемое через импеданс .

Коллективные эффекты пучков заряженных частиц в ускорителях частиц имеют некоторое сходство с динамикой плазмы . В частности, пучок заряженных частиц можно рассматривать как ненейтральную плазму , и можно найти математические методы, общие для изучения стабильности или неустойчивости. Можно также найти общность с областью механики жидкости. поскольку плотность заряженных частиц часто достаточна, чтобы рассматривать ее как текущий континуум.

Другой важной темой является попытка смягчить коллективные эффекты с помощью систем обратной связи с одним или несколькими группами .

Виды коллективных эффектов

Коллективные эффекты могут включать рост эмиттанса , рост длины сгустка или разброса энергии, нестабильность или потери частиц. Есть также многогрупповые эффекты.

Формализмы рассмотрения коллективных эффектов

Коллективное движение луча можно моделировать различными способами. Можно использовать модели макрочастиц или модель континуума. Уравнение эволюции в последнем случае обычно называется уравнением Власова и требует записи функции Гамильтона , включая внешние магнитные поля и самодействие. Стохастические эффекты можно добавить путем обобщения уравнения Фоккера – Планка .

Программное обеспечение для расчета коллективных эффектов

В зависимости от рассматриваемых эффектов и используемого формализма моделирования для моделирования доступно различное программное обеспечение. Коллективные эффекты обычно необходимо добавлять в дополнение к динамике отдельных частиц, которую можно смоделировать с помощью кода отслеживания. См. статью о физических кодах ускорителей .