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3/68/8 Studien zu einem Hochenergie-Protonensynchrotron
Im Rahmen der Studien zu einem Hochenergieprotonensynchrotron
wurden im )ahre 1970 schwerpunktsmäßig
Arbeiten zur Entwicklung von Tieftemperaturmagneten
durchgeführt. Diese Untersuchungen bezogen
sich auf Material- und Model/untersuchungen für
Magnete mit Spulen aus Supraleitern und hochgereinigtem
Aluminium und für dazugehörige kryotechnische
Anlagen. Eine automatisierte Magnetfeld-Meßeinrichtung
wurde in Betrieb genommen. Theoretische
Untersuchungen von Synchrotronkomponenten
wurden im Zusammenhang mit der Planung der europäischen
300 GeV-Masch ine durchgeführt.
Zusammenarbeit mit CERN und theoretische
Untersuchungen
Obwohl sich die Beschleunigerstudiengruppe Karlsruhe
weiterhin als federführend für das Projekt eines
Hochenergie-Protonensynchrotrons (z. B. 60 GeV)
betrachtet, wurden die Arbeiten daran zunächst eingestellt,
bis eine endgliltige Klärung der Möglichkeiten
zum Bau gegeben ist. Die während der abgeschlossenen
Studien gewonnenen Erkenntnisse wurden in
zwei Richtungen eingesetzt:
1. bei der Mitarbeit am Entwurf eines großen europäischen
Synchrotrons (CERN 11) und
2. bei überlegungen zur Auslegung eines kleinen Beschleunigers,
mit dem die Zuverlässigkeit von Tieftemperaturmagneten
untersucht werden kann.
Beim Entwurf des europäischen Beschleunigers trat
eine neue Situation ein, wei I ein neuer Standort neben
dem bereits existierenden CERN-Protonensynchrotron
ins Auge gefaßt wurde. Um einen für diesen
Standort geeigneten und möglichst optimalen Vorschlag
vorzulegen, wurden in CERN insgesamt 14 Arbeitsgruppen
gebildet, in denen Einzelaspekte untersucht
wurden. Die Arbeitsgruppen setzten sich aus
Mitarbeitern des CERN und anderer westeuropäischer
Beschleunigerzentren zusammen.
Die Arbeiten dieser Gruppen wurden im sogenannten
Maschinen-Komitee koordiniert, das schließlich eine
Gesamtkonzeption für den Beschleuniger erarbeitet
und den entscheidenden Gremien einen detail/ierten
baureifen Vorschlag vorgelegt hat. Die Beschleunigergruppe
Karlsruhe ist im Maschinen-Komitee und vier
Arbeitsgruppen vertreten (Struktur des Magnetsystems,
Magnete, Ejektion, Auslegung der Experimentierflächen).
Die Aufgabenstel/ungen werden im folgenden
erwähnt und die Karlsruher Beiträge beschrieben.
In der CERN-Arbeitsgruppe Struktur wurden mehrere
alternative Strukturen miteinander verglichen. Als we-
sentliche Entscheidungskriterien dienten die Gesamtkosten
sowie eine Abwägung der konkurrierenden
Erfordernisse von Ejektion und Injektion (bzw. Hochfrequenz).
In der optimalen Struktur ist im Gegensatz
zu den bisherigen Vorschlägen die horizontale Ausdehnung
der Magnetapertur nicht durch die Strahleigenschaften
bei der Injektion, sondern bei der Transitions-Energie
gegeben. Das beruht im Grunde auf
der Verwendung des existierenden CERN-PS als Injektor,
dessen Hochfrequenzsystem nicht optimal an
die Erfordernisse der größeren Maschine angepaßt ist.
Um die Aperturanforderungen bei der Transitions­
Energie möglichst zu reduzieren, wurden Rechnungen
zur Verkleinerung der Amplitude der Dispersionsbahn
der Teilchen durchgeflihrt (4244).
Für die Arbeiten in der Arbeitsgruppe Magnete wurden
Beiträge flir den Entwurf der Magnete geliefert,
deren Länge, Feldstärke, Feldform und Apertur von
der Struktur des Beschleunigers vorgegeben sind. Um
einen Vergleich zwischen Biegemagnettypen mit und
ohne Leiter in der Mittelebene zu ermöglichen, wurde
der Einfluß von Lagefehlern der Spule auf die Feldgüte
im Magneten berechnet. Außerdem wurden mit
Computerprogrammen, die die magnetischen Eigenschaften
von Eisen berlicksichtigen, insgesamt 7 verschiedene
Quadrupole berechnet (4245); dadurch
wird die Auswahl eines optimalen Typs ermöglicht,
wobei ebenso wie bei den Biegemagneten Spulen
innerhalb oder außerhalb der Mittelebene betrachtet
werden.
In der Arbeitsgruppe Ejektion wurde für das vorgeschlagene
Schema der langsamen Ejektion der Einfluß
von Nichtlinearitäten in Biegemagneten und Quadrupolen
auf den Extraktionsprozeß mit Hilfe eines
Strahl-Verfolgungsprogramms untersucht. Die Toleranzgrenzen
flir die Fehler (Abb.7) (etwa 10- 3 am
Rande der Apertur) konnten damit bestimmt werden
(4246, 4247). Neben diesen anwendungsorientierten
Berechnungen wUrden die Studien der Eigenschaften
einfacher nichtlinearer periodischer Transformationen
fortgesetzt. Dabei wurde ausgiebig von der Möglichkeit
Gebrauch gemacht, von den Rechnern IBM
360/65 und 360/91 mittels des FORMAC-Systems
auch algebraische Manipulationen ausführen zu lassen.
In der CERN-Arbeitsgruppe zur Auslegung der Experimentierflächen
wurden vor al/em die Möglichkeiten
untersucht, eine bereits existierende Halle flir die
Experimente der ersten Ausbaustufe von CE RN 11 zu
benutzen. Es ergab sich, daß Strahlführungen für Pr i­
märimpulse bis zu 200 GeV/c aufgebaut werden
können. Die von Karlsruhe gelieferten Beiträge bezogen
sich auf die Auslegung des Strahlführungskanals
vom Beschleuniger zu dieser Hal/e und auf den Aufbau
eines Sekundärstrahls von 75 GeV/c (4249).
Außerdem wurden die wesentlichen Strahlflihrungsmagnete
standardisiert und kostenmäßig optimiert
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