Simulation der Wechselwirkung zwischen einem positiv geladenen Teilchenstrahl und Elektronenwolken

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Für aktuelle und zukünftige Teilchenbeschleuniger wie den LHC am CERN und den ILC gewinnt der sog. electron cloud effect große Bedeutung. Durch verschiedene Prozesse, wie z. B. die Ionisierung von Restgas in der Vakuumkammer oder Photoemission in den Wänden der Vakuumkammer, hervorgerufen durch die Abstrahlung von Synchrotronstrahlung auf einer gekrümmten Bahn, werden parasitäre Elektronen erzeugt. Der positiv geladene Teilchenstrahl zieht diese Elektronen an und versorgt sie mit zusätzlicher Energie. Dadurch fliegen die Elektronen im Strahlrohr umher, treffen dabei wiederholt auf die Kammerwände und erzeugen so lawinenartig mehr und mehr Elektronen - so entsteht der Effekt der Elektronenwolken. Ohne Kontrolle dieses Prozesses vergrößern die Elektronenwolken den Protonen- bzw. Positronenstrahl. In bisherigen Teilchenbeschleunigern konnten die Elektronenwolken relativ einfach kontrolliert werden. Im ILC mit seinen hohen Strahlintensitäten und gleichzeitig sehr geringen Abständen zwischen den Teilchenpaketen müssen neue Techniken gefunden werden, um die Elektronenwolken in den Dämpfungsringen zu kontrollieren und damit die anspruchsvollen Anforderungen an die Strahlqualität zu erfüllen. Zum Verständnis der Dynamik und zur Abschätzung des Effektes sind numerische Simulationen unverzichtbar. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines entsprechenden Programms zur 3D Simulation der Wechselwirkung zwischen einem positiv geladenen Teilchenstrahl und Elektronenwolken.