Bunch

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Als Bunch (engl. für Strauß, Bündel) bezeichnet man eine Gruppe von gleichartigen Teilchen, die sich räumlich und zeitlich gemeinsam in einem Teilchenbeschleuniger bewegen. Es kann sich um jede Art von geladenen Teilchen, z. B. Elektronen, Positronen, Protonen, Antiprotonen oder auch Schwerionen handeln. Auch die Elektronen im Klystron bilden solche Pakete.

Mit den in modernen Beschleunigern zur Beschleunigung verwendeten Hochfrequenz-Wechselfelder kann kein kontinuierlicher Strahl erzeugt werden. Die Teilchen sammeln sich stattdessen in den Hochfrequenz-Buckets – denjenigen Stellen der elektromagnetischen Welle, an denen Teilchen stabil transportiert werden können – und bilden dadurch Bunche (Teilchenpakete). Zwischen den Paketen bestehen Lücken ohne Teilchen.

Wichtigste Merkmale eines Bunches sind seine Ladung und seine Ausdehnung (Bunch-Länge und Emittanz).


Bunch-Länge

Die Dichteverteilung der Teilchen längs eines Buches folgt etwa der Gaußschen Glockenkurve. Ein Bunch ist in einem Bucket gefangen und füllt es mehr oder weniger aus. Verlangt man eine Quantenlebensdauer von einigen Stunden, dann heißt das, dass nur die äußersten Ausläufer - größer 7 Standardabweichungen \(\sigma\) der Gaußschen Glockenkurve - über den Bucket-Rand gelangen dürfen und dadurch im Takt der Synchrotronschwingung verloren gehen. Durch Stoßprozesse der Teilchen innerhalb des Bunches selbst wird der Bunch aufgebläht und durch Stoßprozesse mit Restgasteilchen immer wieder zu starken Synchrotronschwingungsamplituden angeregt. Deshalb muss der Bucket-Rand gewöhnlich ein Vielfaches von \( 7 \sigma \) vom Bunch-Zentrum entfernt sein. Der Bucket-Rand liegt bei \( \pi-2\psi_S \) [1] , wobei \( \psi_S \) die Sollphase (auch synchrone Phase) bezeichnet.

Die Bunch-Länge hängt vom energy spread \( \sigma_p \), dem momentum compaction factor \( \alpha \) und der Synchrotron-kreis-frequenz \( \omega_s \) ab und beträgt\[ \sigma_z=\frac{c}{\omega_s} \left(|\alpha-\frac {1}{\gamma}| \right) \sigma_p \]

mit \(\gamma = \frac {E}{E_{e0}} \)