CERN超级质子同步加速器中质子束团的纵向模耦合不稳定性

在本文中，我们研究了在CERN超级质子同步加速器（SPS）中观测到的单束团不稳定性。根据线性化Vlasov理论，径向或方位角模耦合不稳定性分别源于属于相同或相邻方位角模式的束团振荡模式之间的耦合。我们通过应用Oide-Yokoya方法计算SPS实际纵向阻抗模型的van Kampen模式，表明这两种不稳定性机制都存在于SPS中。结果与宏粒子模拟相符，并与束流测量一致。特别地，我们发现在近期阻抗降低活动（2018-2021）之前观测到的单束团纵向发射度失控增长是由径向模耦合不稳定性引起的。出乎意料的是，该不稳定性与方位角模耦合不稳定性一样强，而后者在SPS中对于其他束团长度与强度的组合是可能出现的。我们还证明了射频非线性和势阱畸变在决定这些不稳定性阈值方面的重要作用。最后，我们讨论了近期阻抗降低活动在单射频和双射频配置下对束流稳定性的影响。