Entwicklung numerischer Methoden zur Berechnung von Wake-Feldern in Teilchenbeschleunigern

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Thomas Weiland
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2003 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5390610

Wake-Felder sind hochfrequente elektromagnetische Felder in Beschleunigerröhren, die vom Teilchenstrahl selbst angeregt werden und auf nachfolgende Teilchen einwirken. Als Eigenschaft der betrachteten Beschleunigerstruktur und ihrer Interaktion mit dem Strahl sind sie eine wichtige Designgröße bei der Entwicklung der HF-Komponenten von Beschleunigeranlagen. Für die Simulation von Wake-Feldern sehr kurzer Teilchenpakete müssen die Felder über sehr lange Wegstrecken berechnet werden. Alle zur Zeit zur Verfügung stehenden Simulationsalgorithmen unterliegen dabei der massiven Einschränkung, daß sich im Laufe der Simulation Einzelfehler akkumulieren und zu qualitativ falschen Ergebnissen führen können. Die wichtigsten dieser Einzelfehler sind der Dispersionsfehler numerischer Methoden und der Modellierungsfehler bei komplizierten Geometrien und Verwendung kartesischer Rechengitter. Im Rahmen dieses Projektes sollen neue Diskretisierungsansätze entwickelt und umgesetzt werden, die einerseits den Dispersionsfehler minimieren und mit denen andererseits auch komplexe Bauformen behandelt werden können. Schwerpunkte sollen Weiterentwicklungen der Methode der Finiten Integration (Stichwort "konforme Techniken") und später auch der mögliche Einsatz der sog. "Plane-Wave Time-Domain" Methode sein.

• DFG Programme: Research Grants