Diplomarbeit - Eingebettete Systeme - Technische Universität ...

1.4 Regelungssysteme der Synchrotron-Hochfrequenz
Ein weiterer für diese Arbeit wichtiger Parameter ist die maximale Frequenzänderung
pro Zeiteinheit. Bei einer linear ansteigenden Induktion von B(t) = ˙ Bt + B0
ergibt sich, mit Differenzieren von (1.6) nach der Zeit, die maximale Frequenzänderung
zu
˙
fRF = h ˙ Bm 2 0c 3 0
2πrRr 2 mq 2
�
˙B 2 t 2 + 2 ˙ BB0t + B 2 0 +
� � � 3
2
− 2
m0c0
rmq
. (1.7)
Diese ist maximal bei t = 0 und beträgt für SIS12/18 maximal ˙
fRF,max=68,08
MHz/s (für Protonen, m0 = 1, 6726210 −27 kg, q = 1, 6021810 −19 C).
1.4 Regelungssysteme der Synchrotron-Hochfrequenz
Die Steuerung des gesamten Beschleunigers erfolgt vom zentralen Kontrollsystem.
Dies verteilt alle notwendigen Steuerwerte wie z.B. die magnetische Induktion der
Magnete, zeitlich aufgelöst an die einzelnen Geräte. Diese müssen wiederum dafür
sorgen, dass diese Werte eingehalten werden. Im Hochfrequenzsystem des SIS12/18
existieren zwei Beschleunigungskavitäten, die jeweils eine Spitzenspannung von 16
kV erzeugen können. Da sowohl die Kavitäten selbst als auch die Verstärkerkette
Frequenz- und Temperaturabhängigkeiten aufweisen, müssen sämtliche Sollwertvorgaben
geregelt werden.
An dieser Stelle soll ein kurzer Überblick über die einzelnen HF-Regelungssysteme
der SIS12/18 und ESR Anlage gegeben werden:
• Amplitudenregelung: Sie sorgt dafür, dass die Spitzenspannung der Kavität der
Sollvorgabe entspricht. Die Beschleunigungsspannung der Kavität wird mit Hilfe
eines Spannungsteilers reduziert, anschließend gleichgerichtet und mit dem
Sollwert verglichen. Aus diesem Fehlersignal korrigiert der Regler das ansteuernde
HF-Signal über einen Amplitudenmodulator.
• Eigenfrequenzregelung: Da die Kavitäten relativ schmalbandig bezogen auf ihren
Frequenzbereich sind, müssen sie während der Beschleunigung fortlaufend
in ihrer Resonanzfrequenz abgestimmt werden. Hierzu werden die Ferritringe
der Kavität mit einem Gleichstrom vormagnetisiert. Diese Vormagnetisierung
wird aus der Frequenzvorgabe abgeleitet und steuernd über eine Kennlinie
vorgegeben. Der Eigenfrequenzregler misst dabei die Phasendifferenz zwischen
Hochfrequenz-Strom und -Spannung und regelt diese über eine Korrektur des
Vormagnetisierungsstroms zu Null, was der Resonanz der Kavität entspricht.
5