Beam dynamics simulations for the CERN Linac4 RFQ2 validation campaign

The presented work focuses on the beam dynamics simulations for the validation campaign of the RFQ2, a spare Radio Frequency Quadrupole designed as a pre-injector for CERN Linac4. The Linac4 is a critical component of the CERN accelerator chain, serving as the initial step in accelerating particles for the Large Hadron Collider. The RFQ2 aims to replicate the RFQ currently in operation at CERN and it is designed to replace it when necessary. The study is motivated by the need to produce a series of results that should serve as a baseline to assess the reliability of the measurements obtained in the future experimental campaign. To achieve this, beam dynamics simulations are conducted using various methodologies. These simulations are designed to predict how a H- ion beam propagates in space under different operating conditions, with the results serving as a benchmark for the future experimental campaign. The obtained results demonstrate the effectiveness of the simulations in representing an ideal experimental environment. Moreover, they describe different measurement setups designed to study the reliability of the accelerator and of the other components of the beam-line. The impact of this work extends to the broader context of accelerator physics, contributing to the operational reliability of CERN accelerator complex and ensuring the robustness of foundational components like the RFQ.

La presente tesi si concentra su simulazioni di dinamica del fascio per la campagna di validazione dell’RFQ2, un quadrupolo a radiofrequenza progettato come pre-iniettore di riserva per il Linac4. Il Linac4 è un componente critico della catena di acceleratori del CERN, primo step nell’accelerazione delle particelle per il Large Hadron Collider. L’RFQ2 è progettato per sostituire l’RFQ attualmente in operazione al CERN, quando necessario. Lo studio è motivato dalla necessità di produrre una serie di risultati che facciano da riferimento per valutare l’affidabilità delle misure che saranno ottenute nella futura campagna sperimentale. Per raggiungere questo obiettivo, sono state condotte simulazioni di dinamica del fascio utilizzando diverse metodologie. Queste simulazioni sono progettate per prevedere come un fascio di ioni H- si propaghi nello spazio in diverse condizioni operative, i cui risultati serviranno da confronto per la futura campagna sperimentale. I risultati ottenuti dimostrano l’efficacia delle simulazioni nel rappresentare un ambiente sperimentale ideale. Inoltre, descrivono diversi setup di misura progettati per studiare l’affidabilità dell’acceleratore e degli altri componenti della linea di fascio. Il lavoro presentato contribuisce all’affidabilità operativa del complesso di acceleratori del CERN, garantendo la robustezza di componenti fondamentali come l’RFQ.