COOLING OF INTENSE HEAVY-ION BEAMS BY COLLISIONAL-RADIATIVE PROCESSES

Résumé
Les collisions ion-ion (intrafaisceau) provoquent des excitations électroniques dans les faisceaux d'ions partiellement épluchés. Les photons de déexcitation quittent le faisceau en réduisant sa température cinétique. Ce processus spontané, proposé par K. Killian, n'est effectif que si les pertes du faisceau par collisions changeant les charges, demeurent négligeables. Nous avons estimé les sections efficaces correspondantes à l'aide de lois d'échelle, pour les ions hydrogenoïdes. Nous montrons qu'il existe un domaine de vitesse relative voisin de V=0,04 Z (u.a.) où le taux de refroidissement demeure supérieur au taux de perte du faisceau par échange de charge. Les applications aux grands accélérateurs sont discutées.

Abstract
Intra-beam (ion-ion) collisions cause electronic excitations in partially stripped beam ions. De-excitation photons carry energy out of the beam, resulting in cooling of the beam kinetic temperature. This spontaneous process, first proposed by K. Kilian, can only work if the beam losses by charge-changing collisions are sufficiently small. We have estimated the relevant cross-sections using atomic scaling laws for hydrogen-like ions. We show that there is a collision velocity regime around v=0.04 Z (a.u.) where the cooling rate can be greater than the charge-exchange beam-loss rate. Applications to large accelerators are discussed.