Breakdown studies for high gradient RF warm technology in: CLIC and hadron therapy linacs

Abstract

La presente tesis se centra en el estudio de las limitaciones, debidas principalmente a fenómenos de breakdowns, en el rendimiento de estructuras aceleradoras de radiofrecuencia (RF) de alto gradiente (HG) y de conductividad normal. La formación de arcos en vacío perturban los campos electromagnéticos de las cavidades, lo cual afecta en la calidad del haz de partículas acelerado. El proyecto de Compact Linear Collider (CLIC) estudia la viabilidad de un colisionador lineal electrón-positrón en la escala de energía centro de masa del TeV, y desarrolla las estructuras aceleradoras de última generación para alcanzar altos gradientes de 100 MV/m con una tasa máxima de fenómenos de breakdowns de 3e(-7) eventos por pulso y por metro de acelerador. CLIC ha establecido un amplio programa experimental para el diseño y el test de estructuras aceleradoras eficientes y compactas, gracias a la construcción de tres bancos de prueba de RF a alta potencia en la banda X (12 GHz), conocidos como Xbox, y un sistema pulsado en corriente continua, conocido como Large Electrode System (LES). El Capítulo 1 introduce los conceptos básicos relacionados con los aceleradores lineales (linacs) y la clasificación de los diferentes diseños de RF de las estructuras. Las ventajas que ofrece la tecnología de alto gradiente han sido presentadas para diferentes aplicaciones, tales como Futuros Colisionadores Lineales, linacs destinados a terapia oncológica con hadrones (hadron therapy), láseres de electrones libres (FEL) y láseres de retrodispersión Compton. El Capítulo 2 hace una descripción bibliográfica de los recientes estudios realizados para entender la fenomenología de los breakdowns y sus consecuencias a la hora de diseñar estructuras aceleradoras. En el Capítulo 3, describimos con detalle los laboratorios de alto gradiente operativos en el CERN para la realización de tests de estructuras y componentes RF que ayudan al avance en el diseño y construcción de futuras estructur ...