Laser-cooling technique and dynamics of laser-cooled ion beams in the ASTRID storage ring

Resumen

Esta tesis se ocupa del estudio de la dinamica de haces enfriados usando la tecnica del enfriamiento mediante laser (laser cooling), asi como de la caracterización de la propia tecnica en el anillo de almacenamiento ASTRID(Aarhus Storage Ring of Denmark) en Aarhus, Dinamarca. Todo ello supone un esfuerzo interdisciplinario que combina la metodologia de los anillos de almacenamiento y de la Fisica del Plasma con tecnicas de la fisica Atomica, Optica y de los laseres. En concreto, en los estudios presentados en esta tesis, se han utilizado haces de 24Mg+ almacenados a la energía de 100 keV. Con la tecnica del enfriamiento con láser se consiguen haces muy frios y densos en tiempos muy cortos. Por este motivo, la investigación realizada está encaminada al conocimiento de las posibilidades últimas en lo que se refiere a la calidad de los haces almacenados. La calidad de un haz se cuantifica en terminos de la densidad en el espacio de las fases de modo que, en un anillo dado, a mayor densidad mejor es la calidad del haz. La obtención de un haz de la mayor calidad posible supone la supresión del movimiento relativo entre las particulas del haz. Este tipo de haz, con una densidad varios órdenes de magnitud más elevada que los haces convencionales y con una estructura ordenada, se denomina haz cristalino. En cuanto a la mejora de la técnica de enfriamiento, cabe destacar el desarrollo de un sistema de diagnóstico para medir el perfil transversal del haz basado en una cámara CCD para obtener imágenes del haz aprovechando la fluorescencia de los iones excitados por el láser. Con el sistema instalado en ASTRID se alcanzan una sensibilidad y resolución espacial mayores que las obtenidas con técnicas convencionales. Gracias a ello se pudo estudiar y optimizar el enfriamiento en la dimensión transversal. Otra ventaja, unica de este sistema de diagnóstico,es que al ser independiente de la dispersión de la maquina permite medir de form