Broadband impedance of the NESTOR storage ring

Abstract

The contributions from lossy and inductive vacuum chamber components to the broadband impedance of the NESTOR storage ring are obtained by using both low-frequency analytical approaches and computer simulations. As was expected considering the small ring circumference (15.44m), the main contributions both to the longitudinal impedance Z||/n and the loss factor kloss come from the RF-cavity. Cavity impedance was also estimated with CST Microwave Studio (CST Studio SuiteTM 2006) by simulating coaxial wire method commonly used for impedance measurements. Both estimates agree well. Finally, we performed the simulations of a number of inductive elements with CST Particle Studio 2010 by using wake field solver. We have also evaluated the bunch length in NESTOR taking the conservative estimate of 3 Ohm for the ring broadband impedance and have found that the bunch length sz = 0.5 cm could be obtained in steady state operation mode for the designed bunch current of 10 mA and RF-voltage of 250 kV.

Одержані оцінки внесків в реальну та мниму частини широкосмугового імпедансу від різних компонент вакуумної камери накопичувача НЕСТОР за допомогою як аналітичних виразів, одержаних у низькочастотному наближенні, так і комп'ютерного моделювання. Як і очікувалось, виходячи з того, що довжина окружності кільця невелика (15,44 м), основний внесок, як в поздовжний імпеданс Z||/n, так і в фактор енергетичних втрат kloss, дає ВЧ-резонатор. Широкосмуговий імпеданс резонатора був також одержаний за допомогою CST Microwave Studio (CST Studio Suite TM 2006) шляхом моделювання методу "коаксіального дроту", який широко використовується для виміру імпеданса. Обидві оцінки добре узгоджуються між собою. Виконано моделювання декількох індуктивних елементів за допомогою CST Particle Studio 2010, використовуючи програму, що обчислює кільватерні поля. Мы також оцінили довжину згустка в накопичувачі, узявши консервативну оцінку Z||/n= 3 Ом, та показали, що для проектних величин струму в згустку 10 мА та амплітуди ВЧ-напруги в резонаторі 250 кВ довжина згустку становить sz = 0.5 см.

Получены оценки вкладов в реальную и мнимую части широкополосного импеданса от различных компонент вакуумной камеры накопителя НЕСТОР с помощью, как аналитических выражений, полученных в низкочастотном приближении, так и компьютерного моделирования. Как и ожидалось, исходя из того, что длина окружности кольца невелика (15,44 м), основной вклад, как в продольный импеданс Z||/n, так и в фактор энергетических потерь kloss, дает ВЧ-резонатор. Широкополосный импеданс резонатора был также получен с помощью CST Microwave Studio (CST Studio Suite TM 2006) путем моделирования метода "коаксиальной проволоки", широко используемого для измерения импеданса. Обе оценки хорошо согласуются между собой. Проведено моделирование ряда индуктивных элементов с помощью CST Particle Studio 2010, используя программу, вычисляющую кильватерные поля. Мы также оценили длину сгустка в накопителе, взяв консервативную оценку Z||/n= 3 Ом, и показали, что для проектных величин тока в сгустке 10 мА и амплитуды ВЧ-напряжения в резонаторе 250 кВ длина сгустка составляет sz = 0.5 см.