Erhöhung der Energieschärfe des Elektronenstrahls am S-DALINAC durch nicht-isochrones Rezirkulieren

Hug, Florian (2013)
Erhöhung der Energieschärfe des Elektronenstrahls am S-DALINAC durch nicht-isochrones Rezirkulieren.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3469

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Arbeit wird die longitudinale Teilchendynamik des Elektronenstrahls im supraleitenden, rezirkulierenden Elektronenbeschleuniger S-DALINAC detailliert untersucht und systematisch optimiert. Ziel ist dabei eine Erhöhung der Energieschärfe des Elektronenstrahls, um die Präzision kernphysikalischer Elektronenstreuexperimente zu steigern. Im Gegensatz zur geläufigen Konvention an Linearbeschleunigern wird hierzu eine Beschleunigung auf der Flanke des Hochfrequenzfeldes zusammen mit einer nicht-isochronen Teilchendynamik in den Rezirkulationsstrecken verwendet. Durch optimale Anpassung des longitudinalen Betatronphasenvorschubs kann eine Unterdrückung des Einflusses der Regelungsgenauigkeit der supraleitenden Hochfrequenzstrukturen auf die Energieschärfe erreicht werden, so dass die resultierende Energieschärfe letztlich unabhängig von Fehlerbeiträgen der supraleitenden Beschleunigungsstrukturen im Hauptbeschleuniger ist.

Zur Umsetzung wurden im Rahmen dieser Arbeit zuerst Simulationsrechnungen im longitudinalen Phasenraum durchgeführt, um den optimalen Arbeitspunkt für den S-DALINAC einzugrenzen. Die Ergebnisse dieser Simulationen lassen dabei neben einer höheren Energieschärfe des Elektronenstrahls auch eine größere Stabilität gegenüber Fehlereinflüssen erwarten. In einem weiteren Schritt musste die Strahldynamik in den Rezirkulationsbögen des S-DALINAC für einen nicht-isochronen Strahltransport mit Hilfe weiterer Simulationsrechnungen optimiert werden, bevor diese Bögen gemäß der Berechnungen umgestaltet wurden.

Die Quantifizierung der durchgeführten Änderungen erfolgte durch Flugzeitmessungen mit einem eigens entwickelten Messaufbau, der in dieser Arbeit präsentiert wird. Zum Abschluss konnte der optimale Arbeitspunkt am S-DALINAC mit Hilfe systematischer Messungen aufgefunden und eingestellt werden. Die Energieschärfe des nicht-isochron rezirkulierten Strahls war mit 1.23 EXP -4 um einen Faktor 5.4 besser als diejenige mit isochron rezirkuliertem Strahl. Dieser Wert stellt gleichzeitig die bislang höchste gemessene Genauigkeit für einen rezirkulierten Strahl am S-DALINAC dar.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2013

Autor(en):

Hug, Florian

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Erhöhung der Energieschärfe des Elektronenstrahls am S-DALINAC durch nicht-isochrones Rezirkulieren

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Pietralla, Prof. Dr. Norbert ; Richter, Prof. Dr. Achim

Publikationsjahr:

2013

Ort:

Darmstadt

Datum der mündlichen Prüfung:

13 Mai 2013

URL / URN:

http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3469

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Topic of this thesis work is a detailed investigation and systematic optimization of the longitudinal beam dynamics at the superconducting recirculating electron accelerator S-DALINAC aiming on a decreased energy spread of the elctron beam, which is used in highly precise electron scattering experiments for nuclear physics. In contrast to the common convention for electron linacs an acceleration on edge of the accelerating field in addition to non-isochronous beam dynamics in the recirculation arcs is used within this work. Matching the betatron phase advance in longitudinal phase space properly the contribution of rf amplitude and phase jitters of the main linac to the resulting energy spread can be cancelled out completely.

To realize this concept at the S-DALINAC beam dynamics simulations in longitudinal phase space have been carried out in order to determine the optimal longitudinal working point. In addition the results of these simulations show beside the decreased energy spread an increased stability of the recirculated beam. In a next step the lattice of the recirculation arcs had to be revised using additional beam dynamics simulations in order to optimize them for a non-isochronous beam transport.

The modifications on the beam line of the recirculation arcs have been reviewed using time of flight measurements with a new set up which is also presented within this work. Finally the S-DALINAC could be tuned to its optimized longitudinal working point using systematic measurements of the energy spread on different working points. The energy spread of the non-isochronous recirculated beam has been determined to 1.23 EXP -4 which is an improvement of a factor 5.4 compared to the isochronous working point. This decrease in energy spread means the highest accuracy for a recirculated electron beam at the S-DALINAC measured so far.

Englisch

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-34695

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

05 Fachbereich Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik

Hinterlegungsdatum:

23 Jun 2013 19:55

Letzte Änderung:

23 Jun 2013 19:55

PPN: