Titolo della tesi: Longitudinal limitations for high-intensity beams in the upgraded Proton Synchrotron Booster
Durante il Long Shutdown 2 (LS2) del CERN, il Proton Synchrotron Booster (PSB) è stato oggetto di un importante programma di upgrade nell’ambito del progetto LHC Injectors Upgrade (LIU). Le principali modifiche includono l’integrazione di Linac4 come nuovo iniettore, l’aumento delle energie di iniezione ed estrazione e l’installazione di nuove cavità RF wideband con materiale Finemet. Insieme alle nuove cavità, il sistema digitale di Low-Level RF (LLRF) è stato aggiornato con loop di controllo multi-armonici finalizzati alla compensazione del beam loading. Tali upgrade hanno incrementato la flessibilità operativa e rafforzato il potenziale del PSB per la produzione di fasci ad alta intensità, ma hanno modificato in modo sostanziale l’impedenza della macchina e, di conseguenza, il quadro della stabilità longitudinale. Ciò ha reso necessaria una nuova valutazione sperimentale dei limiti di prestazione longitudinale del PSB.
Questa tesi affronta la necessità di identificare le principali limitazioni longitudinali e il loro impatto sulle prestazioni ultime del PSB in regime di alta intensità. Viene condotta un’indagine sistematica delle soglie di instabilità longitudinale per diverse configurazioni RF, mediante misure beam-based dedicate. Inoltre, il lavoro combina studi sperimentali con modelli dei principali contributi di impedenza e dei sistemi di feedback RF, con particolare enfasi sul ruolo delle cavità Finemet e sui meccanismi di compensazione del beam loading. I risultati misurati sono utilizzati per validare e affinare i modelli e per fornire benchmark quantitativi per le simulazioni longitudinali, migliorando in ultima analisi la capacità predittiva degli strumenti di dinamica del fascio e la comprensione dei margini operativi di stabilità.
Infine, la tesi presenta i risultati di campagne di Machine Development (MD) ad alta intensità, svolte per dimostrare il potenziale della macchina e per costruire una solida base sperimentale a supporto di futuri upgrade del PSB. Nel complesso, questo lavoro fornisce una descrizione coerente e sperimentalmente vincolata delle limitazioni longitudinali del PSB nel periodo post-LS2, contribuendo alla definizione di strategie operative e modelli per le prestazioni ad alta intensità.