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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Jahrgang 2015

 

Titel Intensitäts- und Energieerhöhung an ELSA
Autor Manuel Schedler
Publikationsform Dissertation
Zusammenfassung An der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA am Physikalischen Institut der Universität Bonn werden im Zuge des Sonderforschungsbereichs SFB/TR 16 “Elektromagnetische Anregung subnuklearer Systeme” Experimente zur Untersuchung der Hadronenstruktur durchgeführt. Dabei werden linear oder zirkular polarisierte Photonenstrahlen, erzeugt aus spinpolarisierten oder unpolarisierten Elektronenstrahlen durch Streuung an sogenannten Bremsstrahlungstargets, an spinpolarisierten Baryonen gestreut. Zur Detektion kleiner Wirkungsquerschnitte sind dabei große Streu- und Ereignisraten erforderlich. Daraus resultiert die Notwendigkeit einer Erhöhung der Intensität des Elektronenstrahls um etwa eine Größenordnung. Der durch die Beschleunigeranlage ELSA generierte Elektronenstrahl durchläuft zwei Vorbeschleunigerstufen in Form eines Linearbeschleunigers und des Booster-Synchrotrons und wird im ELSA-Stretcherring bei einer Endenergie von maximal 3,2GeV über mehrere Sekunden zu den Hadronenphysikexperimenten extrahiert. Die geplante Intensitätserhöhung erfordert zur Wahrung des makroskopischen Tastverhältnisses eine äquivalente Intensitätserhöhung des internen Strahls auf bis zu 200mA. Ziel dieser Arbeit ist die Umrüstung der drei Beschleunigerstufen zum Erreichen der gewünschten Strahlintensitäten an den Experimentierplätzen. Durch den Einsatz eines neuen Linearbeschleunigers LINAC 1 mit einer thermischen Hochstromelektronenquelle kann in Verbindung mit dem Einsatz eines mehrstufigen Bunchersystems ein intensiver Elektronenstrahl im Booster-Synchrotron vorbeschleunigt und im Stretcherring akkumuliert werden.
Die durch den Elektronenstrahl erzeugten elektromagnetischen Felder wechselwirken mit der leitenden Vakuumkammer des Speicherrings und können damit auf nachfolgende Elektronenpakete wirken. Wechselwirkungen dieser Art können sogenannte Multi-Bunch-Instabilitäten auslösen, die zu einer Minderung der Strahlqualität bis hin zu partiellem oder vollständigem Strahlverlust führen. An ELSA werden diese Instabilitäten durch ein aktives Bunch-by-Bunch-Feedback-System kompensiert. Dieses FPGA-basierte System erlaubt darüber hinaus eine detaillierte Untersuchung der dreidimensionalen Strahldynamik im Stretcherring und auch im Booster-Synchrotron.
Eine neue Hochfrequenzanlage mit zwei siebenzelligen Hochfrequenzresonatoren des Typs PE- TRA wird im Stretcherring aufgebaut, um den Energieverlust des Elektronenstrahls durch die Abstrahlung von Synchrotronlicht auch bei hohen Strahlintensitäten kompensieren zu können. Damit ist auch eine Erhöhung der Strahlenergie auf 3,5GeV möglich. Die bereits bestehende Hochfrequenzanlage wurde mit einer neuen FPGA-basierten Ansteuerung zur aktiven Regelung der Beschleunigungsspannung und -phase ausgestattet, die den stabilen Betrieb des Bunch-by- Bunch-Feedback-Systems unabhängig von Strahlenergie und -intensität ermöglicht. Mit diesen Maßnahmen ist es gelungen, die Beschleunigeranlage ELSA für den stabilen Betrieb mit Strahlintensitäten von bis zu 200mA zu optimieren.
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© Universitäts- und Landesbibliothek Bonn | Veröffentlicht: 04.12.2015