Entwicklung eines Kontrollsystems für die Strahllagemessung am ...

10 2 GRUNDLAGEN
2.3 Luminosität
Der für die Experimente wichtigste HERA-Parameter ist die Luminosität L,
weil sie die Rate der zu untersuchenden Ereignisse über
dN
dt
= σL (10)
bestimmt. Der Wirkungsquerschnitt σ der zu untersuchenden Reaktion ist
durch die Natur vorgegeben und wird von den Quantenfeldtheorien vorhergesagt,
d. h. er läßt sich nicht durch die Experimentieranordnung verändern.
Um die Meßzeiten für statistisch signifikante Aussagen gering zu halten, muß
deshalb eine ausreichende Luminosität vorhanden sein. Die Luminosität berechnet
man im Fall von HERA zu
L = 1 fuNpNe
4π σxσy
(11)
mit der Umlauffrequenz fu und den Teilchenzahlen Np und Ne für Protonund
Elektronstrahl. Daß bei HERA das Ziel einer Luminosität von 1.5 ·
10 31 cm −2 s −1 mit L = 1.4 · 10 31 cm −2 s −1 fast erreicht wurde, ist nur dem
geringen Strahlquerschnitt von σx = 200 µm und σy = 54 µm an den Wechselwirkungspunkten
von H1 und ZEUS zu verdanken, denn die Werte von Np
und Ne blieben hinter dem gesteckten Ziel zurück [17, 25]. Für die Zukunft ist
eine Erhöhung der Luminosität geplant, bei der der Strahlquerschnitt weiter
auf σx = 118 µm und σy = 32 µm verkleinert werden soll [17, 25, 34].
Das Erreichen solch kleiner Strahlquerschnitte, d. h. kleiner Betafunktion
β(z), ist nur mit einer exakten Fokussierung durch Quadrupolmagnete möglich.
Dafür müssen die Protonen möglichst genau auf dem “Orbit”, dem durch
die Beschleunigerkonstruktion vorgegebenen Idealweg, geführt werden — eine
schwierige Aufgabe. Erst durch die Messung der Strahllage (BPM 11 ) können
Abweichungen vom Orbit erkannt werden und der Protonstrahl durch Orbit-
Korrekturen präzise durch die Mitte der Quadrupolmagnete geführt werden
[18].
2.4 Strahlverluste und Quench
Um die Protonen bei Energien von bis zu Ep = 820 GeV durch den Protonring
zu führen, sind Magnetfelder mit einer Feldstärke von B = 4.68 T
erforderlich, die nur durch supraleitende Magnete erzeugt werden können. Bei
HERA werden 1819 supraleitende Magnete verwendet, was weltweit erstmalig
in dieser Anzahl geschah [23]. Die Verwendung supraleitender Magnete
11 Beam Position Measurement