Title (eng)
Simulations and design of a quadrupole deflector for annihilation studies with slow extracted antiprotons
Parallel title (deu)
Simulationen und Entwurf eines Quadrupol-Deflektors für Annihilationsstudien mit langsam extrahierten Antiprotonen
Author
Marcus Bumbar
Advisor
Eberhard Widmann
Assessor
Eberhard Widmann
Abstract (deu)
Gegenwärtig ist die Antiprotonen-Nukleus Annihilation bei niedrigen kinetischen Energien ein Prozess, der noch nicht vollkommen verstanden wird. Des Weiteren wurden die am häufigsten verwendeten Simulationsprogramme Geant4 und FLUKA für Hochenergiephysik-Anwendungen entwickelt und deren Ergebnisse stimmen nicht mit den gemessenenen Daten für niedrige Energien überein. Aus diesem Grund wird ein neues Projekt am ASACUSA-CUSP experiment am CERN durchgeführt, welches darauf abzielt, die Annihilationsprozesse von Antiprotonen mit einem Set von representativen Atomkernen zu messen und die existierenden Modelle dadurch zu validieren, aber auch bisher unbekannte Eigenschaften wie die Multiplizität von bei der Antiprotonenannihilation entstehenden Pionen zu ermitteln. Um dies zu bewerkstelligen wird eine Strahlführung für kontinuierlich extrahierte Antiprotonen entwickelt, deren Design auf die Verwendung von elektrostatischen Quadrupol Deflektoren und Einzel-Linsen basiert. Diese Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Simulationen für den gesamten zurückgelegten Weg der Teilchen von der Falle bis zur Annihilation am Target, welche mit der SIMION Software durchgeführt wurden. Das Ziel jener Simulationen ist es eine 90° Richtungsänderung des Strahles zu ermöglichen und gleichzeitig Teilchen- oder Qualitätsverluste am Strahl auf ein Minimum zu begrenzen. Die Optimierung des Aufbaus wurde unter der Verwendung diverser Techniken, wie Simplex Optimierung für Potentiale und Sweeps für die Verbesserung der Geometrie, durchgeführt.
Abstract (eng)
At present antiproton-nucleus annihilation at rest is a process that is not well understood. Furthermore, the most commonly used simulation models such as Chiral Invariant Phase Space model (CHIPS) and Fritiof precompound model (FTFP) in GEANT4 and the peanut model in FLUKA were developed for high energy physics application and disagree with the scarce data. Therefore, a new project is being conducted at the ASACUSA-Cusp experiment at CERN to measure antiproton-nucleus annihilation for a representative set of nuclei, aiming to validate the existing nuclear models but to also reveal hitherto unknown features for most nuclei such as the total multiplicity of emitted pions. For this reason, a beam line for the transport of slow extracted antiprotons is being constructed. The design relies on bending and focusing elements, including an electrostatic quadrupole deflector and steering Einzel lenses. This thesis will present simulations of the full antiproton beam path, starting from the particle trap all the way to the annihilation target, which were carried out using SIMION simulation software. The aim of these simulations is to achieve a design capable of a 90° bend, creating a beam with a diameter smaller than the target foil, and with minimal transmission losses. The optimization of the geometry and the applied voltages was achieved using a combination of several methods, such as geometry sweeps and the the Nelder-Mead method.
Keywords (deu)
Quadrupol Deflektor
Keywords (eng)
quadrupole deflector
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1652283
rdau:P60550 (deu)
viii, 77 Seiten : Illustrationen
Number of pages
91
Association (deu)
Title (eng)
Simulations and design of a quadrupole deflector for annihilation studies with slow extracted antiprotons
Parallel title (deu)
Simulationen und Entwurf eines Quadrupol-Deflektors für Annihilationsstudien mit langsam extrahierten Antiprotonen
Author
Marcus Bumbar
Abstract (deu)
Gegenwärtig ist die Antiprotonen-Nukleus Annihilation bei niedrigen kinetischen Energien ein Prozess, der noch nicht vollkommen verstanden wird. Des Weiteren wurden die am häufigsten verwendeten Simulationsprogramme Geant4 und FLUKA für Hochenergiephysik-Anwendungen entwickelt und deren Ergebnisse stimmen nicht mit den gemessenenen Daten für niedrige Energien überein. Aus diesem Grund wird ein neues Projekt am ASACUSA-CUSP experiment am CERN durchgeführt, welches darauf abzielt, die Annihilationsprozesse von Antiprotonen mit einem Set von representativen Atomkernen zu messen und die existierenden Modelle dadurch zu validieren, aber auch bisher unbekannte Eigenschaften wie die Multiplizität von bei der Antiprotonenannihilation entstehenden Pionen zu ermitteln. Um dies zu bewerkstelligen wird eine Strahlführung für kontinuierlich extrahierte Antiprotonen entwickelt, deren Design auf die Verwendung von elektrostatischen Quadrupol Deflektoren und Einzel-Linsen basiert. Diese Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Simulationen für den gesamten zurückgelegten Weg der Teilchen von der Falle bis zur Annihilation am Target, welche mit der SIMION Software durchgeführt wurden. Das Ziel jener Simulationen ist es eine 90° Richtungsänderung des Strahles zu ermöglichen und gleichzeitig Teilchen- oder Qualitätsverluste am Strahl auf ein Minimum zu begrenzen. Die Optimierung des Aufbaus wurde unter der Verwendung diverser Techniken, wie Simplex Optimierung für Potentiale und Sweeps für die Verbesserung der Geometrie, durchgeführt.
Abstract (eng)
At present antiproton-nucleus annihilation at rest is a process that is not well understood. Furthermore, the most commonly used simulation models such as Chiral Invariant Phase Space model (CHIPS) and Fritiof precompound model (FTFP) in GEANT4 and the peanut model in FLUKA were developed for high energy physics application and disagree with the scarce data. Therefore, a new project is being conducted at the ASACUSA-Cusp experiment at CERN to measure antiproton-nucleus annihilation for a representative set of nuclei, aiming to validate the existing nuclear models but to also reveal hitherto unknown features for most nuclei such as the total multiplicity of emitted pions. For this reason, a beam line for the transport of slow extracted antiprotons is being constructed. The design relies on bending and focusing elements, including an electrostatic quadrupole deflector and steering Einzel lenses. This thesis will present simulations of the full antiproton beam path, starting from the particle trap all the way to the annihilation target, which were carried out using SIMION simulation software. The aim of these simulations is to achieve a design capable of a 90° bend, creating a beam with a diameter smaller than the target foil, and with minimal transmission losses. The optimization of the geometry and the applied voltages was achieved using a combination of several methods, such as geometry sweeps and the the Nelder-Mead method.
Keywords (deu)
Quadrupol Deflektor
Keywords (eng)
quadrupole deflector
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1656925
Number of pages
91
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