DYNAMICAL ASPECTS OF OPTICAL ACCELERATION AND TRANSPORT OF PROTONS
Relatore:Chiar.mo Prof. Giorgio Turchetti
Candidato:Stefano Sinigardi
Stefano Sinigardi Tesi di laurea
ACCELERAZIONE LASER-PLASMA
Cos’è un plasma?
Gas
SolidoLiquido
Plasma
TEM
PERA
TURA
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Interazione laser - materia
ACCELERAZIONE LASER-PLASMA
Pressione di radiazione:
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REGIME TNSA
Il regime detto «target normal sheath acceleration» consiste nella creazione di una nuvola di elettroni caldi che si muovono in avanti creando un campo elettrostatico che accelera i protoni. La legge di scala è 𝑑2𝑉
𝑑𝑧 2=4𝜋 𝑒𝑛0 exp ¿
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REGIME RPA
Il regime noto come «radiation pressure acceleration» lascia gli elettroni freddi grazie all’uso di luce polarizzata circolarmente
I protoni sono accelerati direttamente dalla pressione di radiazione. Legge di scala: �̈�=
𝑑𝑝𝑧
𝑑𝑡 =− 𝜕𝜕𝑧 ⟨𝐴𝑦
2 (𝑧 ) ⟩
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SIMULAZIONI ANALITICHE E NUMERICHE
Come studiare teoricamente questi fenomeni? Risultati analitici solo 1D Simulazioni numeriche
Confronto simplettico e leapfrog di ordine 2 stesso ordine di accuratezza!
Integratori equazioni del moto per codice PIC Runge-Kutta (2° e 4° ordine) Leapfrog (2° e 4° ordine) Algoritmi esattamente simplettici (2° ordine)
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SIMULAZIONI NUMERICHE
Una singola particella investita da un pacchetto elettromagnetico ritorna ferma!
È l’onda di densità a costruire l’«effetto cavità» Sono quindi gli effetti non lineari di
accoppiamento onda elettromagnetica - plasma a causare l’accelerazione
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000E+00
5E+00
1E+01
2E+01
tempo
Py
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
2
4
6
8
10
12
tempo
py
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TRASPORTO DI PROTONI
Esperimento Lilia (Frascati) Studio di fattibilità Prometheus (Bologna)
Esigenze Trasportare protoni accelerati lontano dal bersaglio Contenere la crescita di emittanza Mantenere correnti sufficientemente intense
Scrittura di un codice di trasporto: Propaga Prima configurazione provata: FODO
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
Il solenoide come elemento focalizzante Laser Phelix e beamline del GSI Studio dei fringe fields
Nel modello iniziale B non focalizzava
particelle con v parallela all’asse
del solenoide
In realtà, la struttura del
campo magnetico al bordo dovrebbe
garantire la focalizzazione
VelocitàForzaCampo B
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
Senza fringing fields il bunch di test resta invariato. Non c’è la focalizzazione che sperimentalmente SI VEDE
OK!
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
Confronto codice Propaga con LORASR e Trace-3D (trusted codes) Creazione di un generatore di pacchetti per il
confronto Studio parametri di Twiss e distribuzioni KV
NB: Alla Goethe Universitat di Francoforte stanno studiando un dispositivo di post-accelerazione. Molto interessante per i nostri studi futuri!
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
In settembre ho lavorato anche alla rimozione del modello hard-edge, che ci ha permesso di ottenere anche un modello migliore per i fringing fields
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
Soluzioni ottenute con Propaga
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ESPERIENZA A FRANCOFORTE
Soluzioni ottenute con Propaga è possibile contenere l’emittanza notevole miglioramento modello solenoide
Problemi aperti effetti di carica spaziale inclusione popolazione elettronica studio della post-accelerazione
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PROSPETTIVE E LAVORO FUTURO
Innalzamento energia con bersagli di natura diversa (simulazioni ed esperimenti)
Trasporto: avere un fascio con caratteristiche migliori
Implementazione effetti carica spaziale
Futuro lontano: interfacciamento con dispositivi di post-accelerazione
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Stefano Sinigardi
Stefano Sinigardi Tesi di laurea
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THE MIRROR PROBLEM – RPA REDSHIFT
From my thesis, page 24
Stefano Sinigardi Tesi di laurea
THE FRINGING FIELDS MAP – HARD EDGE
From my thesis, pages 62-63
GOING IN
GOING OUT
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THE FRINGING FIELDS MAP – SMOOTH FIELD
From my thesis, page 70
Stefano Sinigardi Tesi di laurea
CHIRPED PULSE AMPLIFICATION
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RPA REGIME
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PRIME INTEGRALS – GRAPH ANALYSIS
c1
c2
c3