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View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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3-19<br />

Oberflächenwiderstand wird hierbei durch die Eindringtiefe und Leitfähigkeit σ bestimmt und<br />

1<br />

berechnet sich unter Berücksichtigung der Eindringtiefe δ = zu:<br />

πfµ<br />

σ<br />

1 ωµ 0<br />

R S = = . (3.4)<br />

σδ 2σ<br />

Hieraus ergeben sich die in Tabelle 5 zusammengefassten Oberflächenwiderstände und<br />

Eindringtiefen:<br />

Tabelle 5: Oberflächenwiderstände und Eindringtiefen von Kupfer bei<br />

Raumtemperatur.<br />

100 MHz 500 MHz 1 GHz 3 GHz<br />

5,3 mΩ 11,9 mΩ 16,8 mΩ 29,1 mΩ<br />

6,5 µm 3 µm 2 µm 1,2 µm<br />

Je nach Anwendungsgebiet unterscheidet sich die Geometrie von supraleitenden Kavitäten<br />

erheblich. Im Bereich von Elektronenbeschleunigern [Jlab] oder Protonen nahe der<br />

Lichtgeschwindigkeit werden mehrzellige elliptische Strukturen eingesetzt, die inzwischen in<br />

Design und Fertigung ein sehr hohes Niveau erreicht haben und sich durch geringes<br />

Multipacting [Hatch66] auszeichnen.<br />

Protonen-Hochstromanlagen wie die im Bau befindliche Spallationsneutronenquelle SNS<br />

[SNS] oder die vorgeschlagene europäische Spallation Source ESS [ESS] setzen auf<br />

elliptische Kavitäten ab etwa 60% der Lichtgeschwindigkeit. Dabei treten verstärkt<br />

mechanische Eigenschaften auf, die auch maßgeblich zur Auslegung eines Linacs für geringe<br />

Geschwindigkeiten zur Beschleunigung von leichten Ionen berücksichtigt werden müssen<br />

(siehe Kapitel 4.4.3-4.4.5).<br />

Zur Beschleunigung schwerer Ionen mit niedrigen Geschwindigkeiten sind eine Vielzahl<br />

supraleitender HF-Strukturen seit mehr als 30 Jahren im Einsatz, wie beispielsweise die Split-<br />

Ring-Resonatoren bei ATLAS [ANL] oder die QWR (QuarterWaveResonatoren) des ALPI<br />

Beschleunigers in Legnaro [Porcellato99]. Diese Strukturen haben 2 bis 3<br />

Beschleunigungsspalte pro Resonator. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich im<br />

vorliegenden Fall koaxiale Resonatoren, die eine leichtere Trennung zwischen<br />

Resonanzfrequenz und Optimierung der Beschleunigung bei einer bestimmten<br />

Teilchengeschwindigkeit erlauben. Hinzu kommt, dass diese Strukturen bei relativ niedrigen<br />

Frequenzen hohe Beschleunigungsfelder ermöglichen und dadurch bereits bei T = 4 K<br />

(flüssigem Helium) betrieben werden können. Da der neue Injektor für COSY gepulst<br />

betrieben werden soll, wurde auf eine Struktur mit Frequenzen unterhalb 100 MHz gänzlich<br />

verzichtet und somit das Risiko niedriger mechanischer Eigenresonanzen und die Anfälligkeit<br />

gegenüber Mikrophonie verringert. Bei einer gewünschten Endenergie von etwa 50 MeV<br />

sollte auf jeden Fall auf eine Struktur mit doppelter Frequenz zur effizienten Beschleunigung<br />

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