Efectos colectivos (física de aceleradores)

Los haces de partículas cargadas en un acelerador de partículas o un anillo de almacenamiento experimentan diversos procesos. Normalmente, la dinámica del haz se divide en dinámica de partículas individuales y efectos colectivos. Las fuentes de efectos colectivos incluyen la dispersión entre partículas, tanto individuales como múltiples , y la interacción con la cámara de vacío y el entorno, formalizada en términos de impedancia .

Los efectos colectivos de los haces de partículas cargadas en los aceleradores de partículas presentan cierta similitud con la dinámica de los plasmas . En particular, un haz de partículas cargadas puede considerarse como un plasma no neutro , y se pueden encontrar métodos matemáticos comunes con el estudio de la estabilidad o las inestabilidades. También se pueden encontrar similitudes con el campo de la mecánica de fluidos, ya que la densidad de partículas cargadas suele ser suficiente para considerarla como un continuo en movimiento.

Otro tema importante es el intento de mitigar los efectos colectivos mediante el uso de sistemas de retroalimentación de un solo grupo o de múltiples grupos .

Los efectos colectivos pueden incluir el aumento de la emitancia , el aumento de la longitud del paquete o de la dispersión de energía, inestabilidades o pérdidas de partículas. ^{[ 1 ]} También hay efectos de múltiples paquetes.

El movimiento colectivo del haz puede modelarse de diversas maneras. Se pueden utilizar modelos de macropartículas o bien un modelo continuo. La ecuación de evolución en este último caso se denomina típicamente ecuación de Vlasov y requiere escribir la función hamiltoniana , incluyendo los campos magnéticos externos y la autointeracción. Los efectos estocásticos pueden añadirse generalizando a la ecuación de Fokker-Planck .

Dependiendo de los efectos considerados y del formalismo de modelado utilizado, existen diferentes programas informáticos para la simulación. Por lo general, es necesario añadir los efectos colectivos, además de la dinámica de partículas individuales, que puede modelarse mediante un código de seguimiento. Véase el artículo sobre códigos de física de aceleradores .