View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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der Güte ermöglicht indirekt zudem Aussagen über die Qualität der Herstellung und der
Präparation.
Zur Bestimmung der Leerlaufgüte Q0 und des Beschleunigungsfeldes Eacc wird der Resonator
mit Hilfe eines Phasendetektors und einer steuerbaren HF-Quelle im frequenzgeregelten Betrieb
betrachtet (Abb. 7.6). Die Regelung der HF-Quelle ermöglicht eine Kompensation
sämtlicher Änderungen der Resonanzfrequenz, hervorgerufen beispielsweise durch LKV oder
Druckänderungen im lHe-System, während einer Messung.
Die Güte Q0 ist nur durch die gespeicherte Energie und durch die Verluste in der Kavität
bestimmt, wohingegen jede Messung durch die Ankopplung mitbestimmt ist und durch die
belastete Güte QL beschrieben wird (Gl. (4.12)). Nach Ausschalten des Generators wird die
Kavität über Einkoppler und Feldprobe „entladen“. Die Abnahme der gespeicherten Energie
unter Annahme keiner zusätzlichen Verlustmechanismen wie Feldemission ergibt sich dann
zu:
dW ωW
⎜
⎟
⎝ QL
⎠
= −Ptot
= − , mit der Lösung W ( τ ) = W0
e .
dt
Q
L
⎛ −ωτ
⎞
W0 ist dabei die gespeicherte Energie vor Abschaltung des Generators. Die Abklingzeit lässt
sich leicht mit Hilfe eines Oszilloskops oder Netzwerkanalysators bestimmen und damit über
τ = QL/ω die belastete Güte QL.
Die Bestimmung der Leerlaufgüte Q0 setzt die Kenntnis der Koppelfaktoren ß voraus. Dabei
ergibt sich die höchste Messgenauigkeit bei kritischer Ankopplung (ß = 1). Durch den Einsatz
des Leistungskopplers (Kap. 4.7) kann jeder beliebige Koppelfaktor zwischen 0,1 und 2300
eingestellt werden. Eine gewünschte kritische Ankopplung lässt sich sehr leicht durch quantitative
Messungen im gepulsten Betrieb erzielen. Eine kritische Ankopplung liegt vor, wenn
der maximale Wert der reflektierten Leistung zu Beginn des Pulses gerade dem maximalen
Wert der emittierten Leistung nach Ausschalten der HF-Leistung entspricht, wobei die Verluste
durch die Feldsonde mitberücksichtigt werden und durch Berechnung des Koppelfaktors
ßt aus der transmittierten Leistung eindeutig bestimmt sind.
Mit Hilfe des Koppelfaktors ß = 1 ergibt sich nun aus Gl. (4.14) direkt die Leerlaufgüte
Q0 = (2+ßt)*QL. Durch simultane Messung der vorlaufenden bzw. reflektierten Leistung Pfor,
Pref und der transmittierten Leistung Pt lassen sich die Verluste Pc in der Kavität leicht
bestimmen (Pc = Pfor - Pref - Pt). Die Beschleunigungsfeldstärke Eacc berechnet sich aus Gl.
(4.7) und (4.3) zu:
U 1 R
= Q . (7.2)
c
a
Eacc = Pc
l l Q0
0