A3 Efectos de Carga Espacial

Tópico

Cuando la densidad de partículas de un haz es muy alta y su energía relativamente baja —una combinación típica de las primeras etapas de la cadena de inyección multietapa descrita en la parte de modos, justo después de la fuente o en los primeros anillos de baja energía— la repulsión eléctrica mutua entre partículas del mismo signo de carga, normalmente insignificante frente a las fuerzas de los imanes externos a energías altas, se vuelve una fuerza comparable o incluso dominante. Este fenómeno, llamado efecto de carga espacial, actúa como un desenfoque adicional no lineal que se superpone al enfoque proporcionado por los cuadrupolos descritos en fundamentos, y su intensidad relativa disminuye rápidamente a medida que la energía de la partícula aumenta, porque a energías altas el campo magnético asociado al movimiento del haz cancela parcialmente la repulsión eléctrica pura. El efecto es particularmente problemático porque, al depender de la posición de cada partícula dentro de la distribución del haz de una manera no lineal, no afecta a todas por igual: las partículas cerca del centro experimentan un desenfoque distinto al de las partículas cerca del borde, lo que dispersa el número de onda betatrónico de las distintas partículas del haz en vez de dejarlo en un único valor, aumentando la probabilidad de que al menos una fracción del haz encuentre alguna de las resonancias peligrosas que la óptica de haces ya identificó. Este efecto establece límites prácticos fundamentales sobre cuánta corriente puede inyectarse y acelerarse exitosamente en las primeras etapas de baja energía de cualquier máquina de alta intensidad, y es la razón central por la que las cadenas de inyección más exigentes dedican tanto esfuerzo de diseño específicamente a sus etapas de energía más baja, donde este efecto es más severo. Por eso este módulo, que abre con una repulsión que solo importa a baja energía, cierra mostrando cómo esa misma repulsión concentra el esfuerzo de diseño precisamente en el tramo inicial de cualquier cadena de inyección.

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