Title: Novel concepts for optimization of the CERN large hadron collider injection lines
Language: English
Authors: Fuchsberger, Kajetan 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Wenninger, Jörg 
Assisting Advisor: Benedikt, Michael
Badurek, Gerald 
Issue Date: 2011
Number of Pages: 143
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Der Large Hadron Collider (LHC) ist derzeit der Teilchenbeschleuniger mit der größten Schwerpunktsenergie weltweit und ist daher das vielversprechendste Instrument für teilchenphysikalische Entdeckungen in der nahen Zukunft. Die Transferlinien TI2 und TI8, die den Teilchenstrahl vom letzten Vorbeschleuniger, dem Super Proton Synchrotron (SPS), zum LHC transportieren, sind mit einer Gesamtlänge von ca. 6 km die längsten der Welt, was eine hochpräziese Abstimmung der Strahloptik unumgänglich macht.
Tests in den Jahren 2004 bis 2008 zeigten einige, bis dahin unerwartete, Effekte in diesen Linien auf: Eine Assymetrie der Betatronphase zwischen den beiden transversalen Ebenen, eine Fehlanpassung der Dispersion am Übergang zwischen den Transferlinien und dem LHC und eine unerwartet hohe transversale Kopplung an der selben Stelle.
In dieser Arbeit stellen wir die Methoden und Softwaretools vor, die wir speziell für die Untersuchung dieser Ungereimtheiten entwickelt haben.
Wir beschreiben die Analyse der vorhandenen Messdaten, Messungen der Strahloptik der Transferliniene und die Berechnung von entsprechenden Korrekturen. Weiters zeigen wir, dass die Fehlanpassungen der Optik durch eine Sextupolkomponente in den Hauptdipolmagneten der Transferlinien erklärt werden können. Diese Sextupolkomponente wurde von uns aus Optikmessungen mit Strahl abgeleitet und konnte später durch numerische Simulationen der Magnete bestätigt werden.
Schließlich beschreiben wir die Maßnahmen, die getroffen wurden um die zugrundeliegenden numerischen Modelle zu verbessern und demonstrieren die sehr gute Übereinstimmung der Messungen mit den neuen Modellen anhand von Kick-Response und Dispersion bis zu zweiter Ordnung, was eine excellente Strahlqualität im LHC garantiert.

The Large Hadron Collider (LHC) is presently the particle accelerator with the highest center of mass energy in the world and is for that reason the most promising instrument for particle physics discoveries in the near future. The transfer lines TI2 and TI8 which transfer the beam from the last pre-accelerator, the Super Proton Synchrotron (SPS), to the LHC are with a total length of about 6 km the longest ones in the world, which makes it necessary to do optics matching with high precision.
Tests between 2004 and 2008 revealed several, previousely unpredicted, effects in these lines: An assymetry in betatron phase between the two transverse planes, a dispersion mismatch at the injection point from the transfer lines to the LHC and unexpectedly strong transverse coupling at the same location.
In this thesis, we introduce the methods and tools that we developed to investigate these discrepancies. We describe the analysis of the available data, measurements of the transfer line optics and the calculation of optics corrections. Further we show that the optics mismatch can be explained from a sextupolar field component in the injection main bends, which we deduced from beam measurements and later was confirmed by numerical magnet simulations. Finally, we describe the measures taken to improve the underlaying numerical models and demonstrate the very good measurement-model agreement for kick response measurements and dispersion up to second order, which guarantees an excellent beam quality in the LHC.
Keywords: LHC; Injektionslinien; TI2; TI8; Large Hadron Collider; CERN; Kick Response; Dispersion; Strahloptik; matching
LHC; injection lines; TI2; TI8; Large Hadron Collider; CERN; kick response; dispersion; beam optics; matching
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-40459
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14818
Library ID: AC07810412
Organisation: E141 - Atominstitut 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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