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dc.contributor.advisorElsen, Eckhard (Prof. Dr.)
dc.contributor.authorStein, Oliver
dc.date.accessioned2020-10-19T13:21:47Z-
dc.date.available2020-10-19T13:21:47Z-
dc.date.issued2017
dc.identifier.urihttps://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/7895-
dc.description.abstractAt the Large Hadron Collider (LHC) high intensity proton beams are accelerated up to 7TeV resulting in 362MJ of stored energy in each beam. Losses of high energetic beam particles lead to energy deposition in the accelerator components. The deposition of a fraction of the total beam energy over a short time in the accelerator components can cause quenches in the superconducting magnets and in the worst case result in structural damage. Therefore, the beam losses are carefully monitored all along the LHC. When the beam losses, and thus the energy deposition, exceeds pre-defined limits the beam dumping system is triggered to extract the beams in a controlled manner within 270 μs. During the LHC operation losses were observed that occur in time scales below the reaction time of the beam dumping system. In order to protect the LHC from these losses the loss amplitudes have to be reduced. Therefore, it is important to understand the loss mechanisms causing these ultra fast losses. The time structure of these ultra fast beam losses cannot be resolved by the regular beam loss monitoring system. In the scope of this thesis diamond based beam loss monitors (dBLMs) were installed at the LHC, which provide nanosecond resolution and cover a wide range of loss amplitudes. These detectors were used to perform high resolution measurements of the ultra fast beam losses in order to identify the underlying loss mechanisms. The results presented in this thesis include characterisation experiments of the installed dBLMs and the analysis of several scenarios of ultra fast beam losses during the LHC operation. The losses during beam injection, which were limiting the LHC operation in 2015 and 2016, will be discussed in great detail. Mitigation techniques based on this analysis were implemented in the LHC operation and allowed to reduce the injection losses by one order of magnitude.en
dc.description.abstractIm Large Hadron Collider (LHC) werden Protonenstrahlen mit Intensitäten von mehr als 3.2e14 Teilchen pro Strahl auf bis zu 7 TeV beschleunigt. Bei maximaler Energie und Intensität sind 362MJ pro Protonstrahl gespeichert. Der Verlust von hoch energetischen Teilchen führt zu Energiedeposition in den Beschleunigerkomponenten. Schon der Verlust von Bruchteilen der gespeicherten Strahlenergie über eine kurze Zeit kann zum Verlust der Supraleitfähigkeit der Magnete führen, oder im schlimmsten Fall zu strukturellen Schäden. Daher werden die Strahlverluste während des Betriebs entlang des gesamten Beschleunigers genau beobachtet. Falls die Verluste vorher festgelegte Grenzwerte überschreiten wird ein Strahlabbruch eingeleitet. Die Teilchenstrahlen werden dann innerhalb von 270 μs sicher aus dem LHC extrahiert. Während des Beschleunigerbetriebs wurden Teilchenverluste beobachtet, die schneller auftreten als die Strahlen aus dem LHC extrahiert werden können. Die Zeitstruktur dieser ultra schnellen Verluste kann mit den herkömmlichen Strahlverlustmonitoren nicht aufgelöst werden. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit diamantbasierte Verlustmonitore installiert, die eine zeitliche Auflösung im Nanosekundenbereich bieten und auf Grund eines weiten dynamischen Bereich die Erfassung von Signalen mit sehr unterschiedlichen Amplituden erlauben. Die Analyse des zeitlichen Verlustverlaufs gibt Aufschluss über die zu Grunde liegenden Verlustmechanismen. In dieser Arbeit werden zunächst die Ergebnisse von Effizienzmessungen der diamantbasierten Detektoren präsentiert. Des Weiteren werden verschiedene Szenarien von ultra schnellen Verlusten und deren Ursachen vorgestellt. Im Speziellen werden Injektionsverluste betrachtet, die auf Grund ihrer hohen Teilchenverlustraten Strahlabbrüche ausgelöst und somit den Beschleunigerbetrieb beeinträchtigt haben. Die Messungen haben zum ersten Mal im Detail gezeigt, dass der ankommende Strahl vor und nach dem eigentlich zu injizierenden Zug von Teilchenpaketen weitere ungewollte Teilchen aufweist. Diese passieren die Injektionsmagnete, whärend sich die Felder dieser Magnete verändern. Die resultierende fehlerhafte Ablenkung der Teilchen führt zu deren Verlust an den Absorberblöcken in der Injektionsregion. Als eine weitere Ursache für Injektionsverluste sind Teilchen, die außerhalb der bereits gef¨ullten Regionen im LHC zirkulieren. Diese passieren die Injektionsmagnete während der Injektion des neu ankommenden Strahls und werden durch die Magnetfelder abgelenkt. Basierend auf den in dieser Arbeit identifizierten Verlustmechanismen wurden Techniken entwickelt, die in den Betriebsablauf des LHC mit aufgenommen wurden und in einer Reduzierung der Injektionsverluste von einer Größenordnung resultierten.en
dc.language.isoenen
dc.publisherStaats- und Universitätsbibliothek Hamburg Carl von Ossietzky
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.subjectStrahlverlustede
dc.subjectBeschleuniger Sicherheitde
dc.subjectbeam lossesen
dc.subjectloss detectionen
dc.subjectmachine protectionen
dc.subject.ddc530 Physik
dc.titleUltra Fast Beam Loss Mechanisms at the LHC and their Detection for Use in Machine Protectionen
dc.title.alternativeUltra schnelle Strahlverlustmechanismen am LHC, deren Detektion und Auswirkungen auf die Sicherheit des Beschleunigerbetriebsde
dc.typedoctoralThesis
dcterms.dateAccepted2018-04-16
dc.rights.ccNo license
dc.rights.rshttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
dc.subject.bcl33.05 Experimentalphysik
dc.subject.gndPhysik
dc.subject.gndCERN
dc.subject.gndLHC
dc.subject.gndTeilchenbeschleuniger
dc.type.casraiDissertation-
dc.type.dinidoctoralThesis-
dc.type.driverdoctoralThesis-
dc.type.statusinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.thesisdoctoralThesis
tuhh.opus.id9378
tuhh.opus.datecreation2018-11-12
tuhh.type.opusDissertation-
thesis.grantor.departmentPhysik
thesis.grantor.placeHamburg
thesis.grantor.universityOrInstitutionUniversität Hamburg
dcterms.DCMITypeText-
tuhh.gvk.ppn1041943725
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:18-93784
item.fulltextWith Fulltext-
item.creatorOrcidStein, Oliver-
item.grantfulltextopen-
item.advisorGNDElsen, Eckhard (Prof. Dr.)-
item.languageiso639-1other-
item.creatorGNDStein, Oliver-
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen
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