supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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Abbildungsverzeichnis
Abb. 2.1: Erhalt des Polarisationsgrades von Protonen über den gesamten Energiebereich von COSY, trotz
Kreuzen der angegebenen Resonanzen. _______________________________________________ 2-5
Abb. 2.2: Übersichtsplan der Beschleunigeranlage COSY mit internen und externen Messplätzen. Rechts
angedeutet der neue supraleitende Injektor-Linac. ______________________________________ 2-6
Abb. 2.3: Aufstellungsplan des gesamten LINAC in der COSY-Halle. _______________________________ 2-10
Abb. 2.4: Draufsicht einer Einheitszelle des supraleitenden Abschnitts: R1-R4 Resonatoren, V1-V2 Ventile, Q1-
Q2 Quadrupole zur Fokussierung, D Diagnosebox. ____________________________________ 2-11
Abb. 3.1: Magnetisierungskurve von Typ I Supraleitern. _________________________________________ 3-14
Abb. 3.2: Magnetisierungskurve von Typ II Supraleitern. ________________________________________ 3-14
Abb. 3.3: QWR Struktur mit f 0 = 160 MHz. ___________________________________________________ 3-20
Abb. 3.4: Transversale Feldverteilungen entlang der Strahlachse im QWR unter Berücksichtigung einer
maximalen magnetischen Peakfeldstärke von B max = 80 mT.______________________________ 3-21
Abb. 3.5: Optimierte Anordnung zur Kompensation der Winkeländerung im QWR. ____________________ 3-22
Abb. 4.1: Änderung des Transit-Time-Faktors entlang des Linacs. _________________________________ 4-24
Abb. 4.2: Koaxialer Halbwellenresonator mit Strahlrohranschlüssen. Der Resonator ist an beiden Enden
kurzgeschlossen.________________________________________________________________ 4-27
Abb. 4.3: Durchlaufende Spannung bei verschiedenen Teilchengeschwindigkeiten unter Variation des
Innenleiters und bezogen auf einen konstanten Außendurchmesser von D = 180 mm sowie konstanter
magnetischer Peakfeldstärke von B max = 80 mT. _______________________________________ 4-28
Abb. 4.4: Durchlaufende Spannung bei verschiedenen Teilchengeschwindigkeiten unter Variation des
Außenleiters mit festgehaltenem Durchmesserverhältnis und maximal magnetischer Feldstärke B max =
80 mT. _______________________________________________________________________ 4-29
Abb. 4.5: Schnittbild HWR mit allen Öffnungen. _______________________________________________ 4-30
Abb. 4.6: Übersichtszeichnung eines Prototypen HWR mit f 0 = 160 MHz und ß = 0,11. _________________ 4-31
Abb. 4.7: 160 MHz-Resonator inklusive Titan-Hülle zur Aufnahme des flüssigen Heliums. ______________ 4-32
Abb. 4.8: Elektrische Feldstärkenverteilung im HWR für 160 MHz. Die dargestellten Feldstärken sind
Absolutwerte in der Ebene der jeweiligen Schnittdarstellung: a) Seitenansicht, b) In gleicher Ansicht
Feldausschnitt im Strahlrohrbereich, c) E-Feldverteilung im Übergangsbereich und auf Strahlachse,
d) Ansicht in Strahlrichtung. ______________________________________________________ 4-35
Abb. 4.9: Magnetische Feldstärkeverteilung (Absolutwerte in Schnittdarstellung) in einem koaxialen
Halbwellenresonator für 160 MHz. _________________________________________________ 4-36
Abb. 4.10: Runde Deckel- und Bodenplatte „Typ I“. ____________________________________________ 4-37
Abb. 4.11: Elliptische Deckel- und Bodenplatte „Typ II“. ________________________________________ 4-37
Abb. 4.12: Verformung und Spannung unter Berücksichtigung des lHe Druckes, die gelblich-rot
gekennzeichneten Bereiche stellen dabei in a) die höchsten Verformungen bzw. in b) die höchsten
Zug- Druckbelastungen dar. ______________________________________________________ 4-39
Abb. 4.13: Gemessene Resonanzfrequenzänderung durch Druckschwankungen im lHe-Kreis.____________ 4-40
Abb. 4.14: Erste mechanische Eigenresonanzen unter Berücksichtigung von Fix-punkten im Bereich der
Strahlöffnungen. Moden (49,7Hz und 115,7Hz): Schwingungen des Außenleiters quer zur
Strahlrichtung und in Strahlrichtung, Mode (89,3 Hz): Schwingung des Innenleiters in Strahlrichtung.
_____________________________________________________________________________ 4-43
Abb. 4.15: Schnittbild des Halbwellenresonators (160 MHz). a) Seitenschnittbild mit den beiden Bereichen, an
denen das Spülwasser schlecht ablaufen kann, b) Strahlrohr-bereich und c) unten liegender
Endkappenring. ________________________________________________________________ 4-45