Systematic studies of RF phase modulation at KARA

Die Lebensdauer des Elektronenstrahl am Karlsruhe Research Accelerator (KARA) Speichering,
Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist hauptsächlich durch die Streuung an
Restgasatomen limitiert, wobei auch die Touschek-Streuung zwischen zwei Elektronen des
selben Elektronenpakets die Lebensdauer beschränkt. Dieser Effekt hängt direkt von der
Elektronendichte ab. In früheren Arbeiten ist bereits herausgefunden worden, dass eine
Verlängerung der Elektronenpakete durch eine Modulation der RF Beschleunigungsphase
erreicht werden kann, wobei longitudinale Oszillationsmoden innerhalb der Pakete angeregt
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werden. Um die optimalen Bedingungen zur Einführung der Phasenmodulation (PM)
in den Beschleuniger-Betrieb zu finden, ist in dieser Arbeit ist eine erste systematische
Untersuchung der (PM) in der Nähe der zweiten Harmonischen der Synchrotronoszillationsfrequenz
mit einer Amplitude von 10% bis 20% der synchronen Phase durchgeführt
worden. Dabei ist ein besonderer Fokus auf dem Einfluss der Phasenmodulation auf die
Paketform, die Paketlänge und folglich die Lebensdauer gelegt worden.

At the KIT storage ring KARA (KArlsruhe Research Accelerator), the beam lifetime
is limited by scattering with rest gas atoms, but also affected by intra-beam Touschek
scattering, which depends directly on the particle density. It has been reported in previous
work, that a bunch lengthening can be achieved by a modulation of the RF acceleration
voltages’ phase, which causes an excitation of longitudinal oscillation modes within the
stored bunches. For this thesis, a first systematic study of phase modulation (PM) close to
the second harmonic of the synchrotron oscillation frequency with peak-to-peak amplitudes
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between 10% and 20% of the synchronous phase has been done, to find the optimum
condition for the introduction of the phase modulation (PM) scheme into the acceleration
operation. Thereby it has been focused explicitly on the affect of the PM on the bunch
shape, the bunch length and consequently the total beam lifetime.