Beam Diagnostics in Superconducting Accelerating Cavities: The Extraction of Transverse Beam Position from Beam-Excited Higher Order Modes

یک پرتو ذرات باردار پرانرژی که به یک حفره rf وارد می‌شود، میدان بیداری را در آن تحریک می‌کند. این میدان موجی را می توان به یک سری حالت های مرتبه بالاتر و چند قطبی تجزیه کرد، که برای جابجایی پرتوهای به اندازه کافی کوچک توسط جزء دوقطبی تسلط دارند. این کار بر استفاده از این حالت‌های دوقطبی برای تشخیص موقعیت پرتو در حفره‌های باند S ابررسانای هارمونیک سوم برای کاربردهای منبع نور متمرکز است. یک بررسی دقیق از چندین ابزار برای تجزیه و تحلیل موقعیت پرتو بر اساس سیگنال‌های تابش شده به پورت‌های حالت‌های مرتبه بالاتر ارائه شده است. نتایج تجربی نشان‌دهنده وضوح موقعیت، بر اساس این تکنیک، 20 میکرون در یک ماژول کامل از 4 حفره است. روش هایی نیز برای بهبود وضوح و به کارگیری این روش در سایر تنظیمات حفره نشان داده شده است. این اثر با وضوح و پتانسیل برای کاربرد در چندین تأسیسات بین المللی دیگر متمایز است. مطالب به سبک آموزشی ارائه شده است و هم برای دانش آموزان تازه وارد در این زمینه و هم برای دانشمندانی که در زمینه تشخیص RF به خوبی مسلط هستند توصیه می شود.

An energetic charged particle beam introduced to an rf cavity excites a wakefield therein. This wakefield can be decomposed into a series of higher order modes and multipoles, which for sufficiently small beam offsets are dominated by the dipole component. This work focuses on using these dipole modes to detect the beam position in third harmonic superconducting S-band cavities for light source applications. A rigorous examination of several means of analysing the beam position based on signals radiated to higher order modes ports is presented. Experimental results indicate a position resolution, based on this technique, of 20 microns over a complete module of 4 cavities. Methods are also indicated for improving the resolution and for applying this method to other cavity configurations. This work is distinguished by its clarity and potential for application to several other international facilities. The material is presented in a didactic style and is recommended both for students new to the field, and for scientists well-versed in the field of rf diagnostics.