175MHz Cavity Electromagnetic Simulation & Design of a Particle Accelerator Control System

Abstract

Este proyecto tiene como principales objetivos el de simular el comportamiento electromagnético de una cavidad de RF, y el de diseñar un sistema de control para un acelerador de partículas. La cavidad a simular y el acelerador de partículas donde implementar el sistema de control tiene el nombre de BLAS. Este acelerador fue diseñado y construido a raíz de una colaboración entre BTESA y CIEMAT. Por un lado, la simulación se realizará con el software Ansys HFSS. Se realizarán diferentes simulaciones modificando la geometría de la cavidad para estudiar su comportamiento electromagnético. Por otro lado, para el diseño del sistema de control, se utilizará el software EPICS. Dicho software está muy extendido dentro del mundo de los aceleradores de partículas. EPICS permite la interconexión y monitorización de varios equipos simultaneamente. Además, se diseñará una PCB dedicada al procesamiento de señales provenientes del BLAS, para su incorporación en el sistema de control. Dicho diseño se realizará en Altium Designer® 21. Asimismo, la complejidad y ámbito multidisciplinar de este Trabajo Fin de Máster le permite cubrir, no sólo las diferentes especialidades del Máster de Ingeniería de Telecomunicación, sino también adquirir conocimientos y habilidades transversales o específicos de otros campos como la física de partículas. El resultado de todo lo expuesto culmina con la obtención de un estudio detallado del comportamiento electromagnético de una cavidad tipo pillbox, y de un sistema de control capaz de monitorizar un laboratorio por completo.

This project aims to simulate the electromagnetic behaviour of an RF cavity and design a control system for a particle accelerator. The cavity to be simulated and the particle accelerator where the control system will be implemented is named BLAS. This accelerator was designed and built through a collaboration between BTESA and CIEMAT. On one hand, the simulation will be performed using Ansys HFSS software. Different simulations will be conducted by modifying the cavity geometry to study its electromagnetic behaviour. On the other hand, EPICS software will be utilized for the control system design. EPICS is widely used in the field of particle accelerators as it enables interconnection and monitoring of multiple devices simultaneously. Additionally, a PCB dedicated to processing signals from BLAS will be designed for integration into the control system. This design will be carried out using Altium Designer® 21. Moreover, the complexity and multidisciplinary nature of this Master’s thesis allows it to cover not only various specialities within the Telecommunication Engineering Master’s program but also acquire crosscutting knowledge and specific skills from other fields such as particle physics. The culmination of this work will result in a detailed study of the electromagnetic behaviour of a pillbox cavity and a comprehensive laboratory monitoring control system.