A3 Efeitos de carga espacial

Tópico

Quando a densidade de partículas de um feixe é muito alta e sua energia relativamente baixa — uma combinação típica nos estágios iniciais da cadeia de injeção multiestágio descrita na seção de modos, logo após a fonte, ou nos primeiros anéis de baixa energia — a repulsão elétrica mútua entre partículas de mesma carga, normalmente desprezível em comparação com as forças de ímãs externos em altas energias, torna-se uma força comparável ou mesmo dominante. Esse fenômeno, chamado efeito de carga espacial, atua como um desfoque não linear adicional sobreposto ao foco fornecido pelos quadrupolos descritos nos fundamentos, e sua intensidade relativa diminui rapidamente à medida que a energia da partícula aumenta porque, em altas energias, o campo magnético associado ao movimento do feixe cancela parcialmente a repulsão elétrica pura. O efeito é particularmente problemático porque, como depende da posição de cada partícula dentro da distribuição do feixe de forma não linear, não afeta todas as partículas igualmente: partículas próximas ao centro experimentam um desfoque diferente das partículas próximas à borda, o que dispersa o número de onda betatrônico das várias partículas no feixe em vez de deixá-lo em um único valor. Isso aumenta a probabilidade de que pelo menos uma fração do feixe encontre uma das ressonâncias perigosas já identificadas pela óptica do feixe. Esse efeito impõe limites práticos fundamentais à quantidade de corrente que pode ser injetada e acelerada com sucesso nos estágios iniciais de baixa energia de qualquer máquina de alta intensidade, e é a principal razão pela qual as cadeias de injeção mais exigentes dedicam tanto esforço de projeto especificamente aos seus estágios de menor energia, onde esse efeito é mais severo. É por isso que este módulo, que começa com uma repulsão que só importa em baixas energias, termina mostrando como essa mesma repulsão concentra o esforço de projeto precisamente no segmento inicial de qualquer cadeia de injeção.

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