bericht forschungs· und entwicklungsarbeiten im jahre ... - Bibliothek

kurzes magnetisches Störfeld, die Inflektion, muß dabei
Hilfestellung geleistet werden. Nach dem Einfangen
des Ringes kann das Magnetfeld erhöht werden,
wobei sich der Ringrad ius verkleinert. Der daraus resultierende
Energiegewinn der Elektronen und ihre
Verdichtung erhöhen die ,holding power' des Ringes.
Durch Restgasionisation oder direkten Beschuß mit
Gasmolekülen der gewünschten Ionensorte, belädt
sich der Elektronenring selbständig mit Ionen. Der
beladene Ring kann nun entlang eines magnetischen
Führungsfeldes auf zwei verschiedene Weisen beschleunigt
werden. Entweder gewinnt er beim Durchfliegen
von elektrisch angeregten Resonatoren Energie,
wie etwa ein Teilchenpaket im linearbeschleuniger,
oder - und das ist die interessante Version für
einen Schwerionenbeschleuniger - die Rotationsenergie
der Elektronen im Ring wird entlang eines speziell
geformten magnetischen Führungsfeldes in Bewegungsenergie
in Richtung der Ringachse umgewandelt.
Die eingeschlossenen Ionen werden dabei mitgenommen
und auf höhere Energie gebracht.
Mit Beginn des Berichtsjahres konnten in dieser Arbeitsgruppe
die eigentlichen Untersuchungen zur
Kompression von Elektronenringen begonnen werden.
Umfangreiche Messungen beschäftigten sich vorzugsweise
mit dem Problem der Inflektion, d. h. dem
Einfangen der Elektronen in das quasistationäre Magnetfeld
des Kompressors. Verschiedene Methoden der
Pulserzeugung und Inflektorgeometrien wurden auf
ihre Wirksamkeit mit dem Elektronenstrahl überprüft.
Die Experimente lieferten die Grundlage für die Entwicklung
einer Inflektion nach Art der Kickermagnete,
deren Herzstück eine 30 kV Druckfunkenstrecke
ist, mit dem extrem niedrigen Jitter (± 0,15
nsec) und niedrigem Innenwiderstand (3 .Q in 1 nsec).
Die Azimutalsymmetrie des magnetischen Kompressionsfeldes
einerseits und die notwendige Feldfreiheit
der Strahlführungsteile im Kompressor andererseits
sind eine besonders kritische Forderung. Die Feldfreiheit
im Innern konnte sehr gut erfüllt werden durch
Ausnützung der relativ großen endlichen Eindringzeit
von gepulsten Magnetfeldern in gut leitende ferromagnetische
Stoffe nach Art einer Schockwelle. Die dadurch
im Außenraum erzeugte Feldstörung wird
durch den diamagnetischen Einfluß einer dünnen Cu­
Schicht kompensiert. In diesem Zusammenhang erwies
sich die von uns bereits früher aus ähnlichen
Überlegungen (Wirbelstromverluste und die damit verbundenen
Feldverfälschungen) gewählte Kompressionszeit
als sehr gut. Ohne größeren Aufwand konnte
mit dieser Methode im Innern eine Abschirmung auf
weniger als 1 0 /00 des Außenfeldes erreicht werden,
während das Außenfeld selbst auf dem Einschußradius
nur einen Symmetriefehler von weniger als 1 %
aufweist.
Parallel zu diesen Messungen lief ein Zuverlässigkeitstest
der großen, hochspannungsgepulsten Feldspulen.
Durch extrem schädliche Betriebsbedingungen, sogenannte
Schwingschüsse, konnten schwache Stellen im
Spulensystem aufgedeckt und beseitigt werden. Seit
fast einem halben Jahr ist die letzte Version ohne
Ausfall im täglichen Betrieb.
Eine theoretische Arbeit beschäftigte sich mit den
Rundheitsfehlern des Feldes, verursacht durch die
Steigung der Spulenwindungen. Sie erlaubte die Berechnung
eines Drehwinkels der Spulen gegeneinander,
wodurch die Feldfehler um eine Größenordnung
gesenkt wurden (4243).
Projektierende Arbeit wurde auf den Gebieten der
lonenbeladung des komprimierten Ringes und seiner
Expansionsbeschleunigung geleistet. Die dazu notwendigen
Apparaturen befinden sich in der Fertigung.
Der Konstruktion der Beladungseinrichtung sind experimentelle
Untersuchungen an einem Prototyp vorausgegangen
(4243).
Vakuumtechnische Probleme nahmen auch im Berichtsjahr
einen erheblichen Zeitaufwand in Anspruch.
Insbesondere muß die Entwicklung einer wirbelstromarmen
Kompressionskammer fOr Ultrahochvakuum
im kommenden Jahr weiter verfolgt werden.
Bis jetzt ist es gelungen, in der Werkstoffkombination
Glas und Epoxydharz eine Lösung zu finden, die das
für das Studium der Ringkompression ausreichende
Vakuum im Bereich 10- 6 erlaubt. In Zusammenarbeit
mit der Industrie wurde außerdem an einer Kammer
aus AI 2 0 3 gearbeitet. Eine weitere Kammer aus Stahl
und Glas, bei der durch besondere Formgebung der
Metallwände die Wirbelstromverluste klein gehalten
werden, hat sich bereits im magnetischen Testversuch
bewährt.
Der Erfahrungaustausch mit anderen ERA-Gruppen
wurde durch Gastvorträge und Arbeitsbesuche, insbesondere
mit dem JPP in Garching gepflegt.
An der diesjährigen Physikertagung in Hannover hat
sich die Karlsruher ERA-Gruppe mit Ausstellungsstücken
und Modellen beteiligt.
Seit Spätherbst steht der Gruppe eine weitere Elektronenkanone
zur Verfügung. An ihr wird das Studium
der Feldemission betrieben. Ziel der Untersuchung
ist, die hellen Feldemissionsquellen für ERA
Anforderungen weiter zu entwickeln, da eine spätere
Ionenbeschleunigung eng mit der Strahlqualität des
Ringes verkoppelt ist.
Die momentane Meßreihe am Hauptexperiment, die
bis Februar geplant ist, konzentriert sich auf Abstreifsignale
des Elektronenringes an mechanischen Sonden
in seiner Inflektionsphase. Sie soll Aufschlüsse über
die Qualität des Strahls und des Kompressors bringen.
Insbesondere erwarten wir die experimentelle Überprüfung
der Auswahlkriterien für den berechneten
Feldindexverlauf.
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