Untersuchung von Piezoaktoren zur Verbesserung der Frequenzabstimmung und Aufbau eines Quenchortungssytems für die Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC

Sievers, Sven Thorsten (2013)
Untersuchung von Piezoaktoren zur Verbesserung der Frequenzabstimmung und Aufbau eines Quenchortungssytems für die Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3537

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel dieser Arbeit war es, einen Ersatz für die magnetostriktiven Stellelemente des Feinabstimmsystems der supraleitenden Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC zu finden und die Diagnosemöglichkeiten für diese Strukturen zu erweitern. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein vertikaler Badkryostat aufgebaut und in Betrieb genommen. Dieser wurde eingesetzt, um (i) den Hub und die Zuverlässigkeit moderner Piezoaktoren in flüssigem Helium bei 4 und 2 K zu untersuchen und um (ii) ein neu entwickeltes System zur Quenchortung an supraleitenden Beschleunigungsstrukturen mithilfe des zweiten Schalls in suprafluidem Helium zu testen.

Wegen des negativen Einflusses von Magnetfeldern auf die Güte von supraleitenden Beschleunigungsstrukturen ist ein Einsatz von magnetostriktiven Stellelementen nahe den Strukturen problematisch. Um auszuschließen, dass das mit solchen Stellelementen betriebene Feinabstimmsystem die Güte der Strukturen reduziert, sollten diese Stellelemente durch nicht-magnetische ersetzt werden. Dazu wurden in dieser Arbeit moderne Piezoaktoren bezüglich ihres Hubs bei kryogenen Temperaturen, ihrer Kompatibilität mit der HF-Regelung des S-DALINAC und ihrer Betriebssicherheit in suprafluidem Helium untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Einsatz dieser Aktoren möglich ist. Da die Piezoaktoren bei gleichem Hub nur ungefähr ein Siebtel der Länge eines magnetostriktiven Stellelements besitzen, ist es möglich, durch Einsatz mehrerer Piezoaktoren an jeder Beschleunigungsstruktur, sowohl den Stellbereich des Feinabstimmsystems, als auch seine Ausfallsicherheit zu erhöhen.

Schon winzige Defekte an der Innenoberfläche von supraleitenden Beschleunigungsstrukturen können diese bereits vor Erreichen ihrer gewünschten Betriebsfeldstärke zum Quench führen. Ein Quench führt zu Wellen des zweiten Schalls im suprafluiden Helium. Dieser kann durch spezielle Mikrofone, so genannte Oscillating Superleak Transducer (OST), gemessen und anschließend der Quenchort durch Triangulation berechnet werden. Ein solches System wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut und erfolgreich getestet. Die optische Inspektion der ermittelten Quenchposition zeigte tatsächlich deutliche Defekte in der entsprechenden Zelle der untersuchten Beschleunigungsstruktur.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2013

Autor(en):

Sievers, Sven Thorsten

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Untersuchung von Piezoaktoren zur Verbesserung der Frequenzabstimmung und Aufbau eines Quenchortungssytems für die Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Richter, Professor Achim ; Pietralla, Professor Norbert

Publikationsjahr:

2013

Datum der mündlichen Prüfung:

8 Juli 2013

URL / URN:

http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3537

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

The intention of this doctoral thesis was to find a replacement for the magnetostrictive fine tuners of the superconducting accelerating cavities of the S-DALINAC and to enlarge the range of diagnostics for these cavities. For these purposes a vertical bath cryostat has been assembled and put into operation. Within the framework of this thesis that cryostat was used (i) to test stroke and reliability of modern piezo actuators in liquid helium at 4 and 2 K and (ii) to set up a newly developed system for the localization of quenches in superconducting cavities based on second sound in superfluid helium.

The negative impact of magnetic fields on the quality factor of superconducting cavities make the operation of magnetostrictive tuners nearby the cavities disadvantegous. In order to avoid a decrease of the quality factor of the cavities the magnetostricitve tuners should be replaced by non-magnetic ones. For that purpose modern piezo actuators were tested within this doctoral thesis relating to their stroke at cryogenic temperatures, their compatibility with the RF-control system of the S-DALINAC and their operational reliability in superfluid helium. The results indicate the possibility of operation of these actuators. Because piezo actuators of the same stroke only have the seventh part of length of a magnetostrictive tuner, it is possible to operate several piezo actuators at every cavity. This increases not only the range of the tuning system but also its reliability.

Already tiny defects at the inner surface of superconducting cavities can cause quenching before the designed field intensity is reached. A quench results in waves of second sound in superfluid helium. The second sound can be measured by special microphones, so called Oscillating Superleak Transducers (OST), and the location of quenching can be calculated via triangulation. Such a system has been built up and tested successfully in the context of this doctoral thesis. The visual examination of the quenching cell determined in the cryostat measurements showed in fact explicit defects.

Englisch

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-35373

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

05 Fachbereich Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik

Hinterlegungsdatum:

01 Sep 2013 19:55

Letzte Änderung:

01 Sep 2013 19:55

PPN:

Referenten:

Richter, Professor Achim ; Pietralla, Professor Norbert

Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung:

8 Juli 2013

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