supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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6-87 Die zur Simulation benötigten Parameter beschränken sich auf die während der HF- Messungen gewonnenen Daten. Im Einzelnen sind dies zur Charakterisierung der Kavität: die Leerlaufgüte Q o , die eingestellte belastete Güte Q L und die kavitätsspezifische Größe R/Q sowie zur Klassifizierung der Lorentzkraft-Verstimmung die Konstante K und die mechanische Zeitkonstante τ m . Die zur Berücksichtigung notwendigen Strahlparameter wie Strahlstrom I beam , Strahldauer und Zeitpunkt der Injektion lassen sich genauso variieren wie der eigentliche HF-Puls in Dauer und Wiederholrate. Darüber hinaus lassen sich Vorsteuerungen während der Kavitätsfüllung und Strahldauer modifizieren. Die I/Q Regelparameter (PI-Regler) sind, wie die Regelparameter des zur Resonanzfrequenzregelung eingesetzten I-Reglers, frei wählbar. Zusammenfassend ergibt sich das in Abb. 6.3 dargestellte Blockschaltbild zur Simulation einer Beschleunigerstruktur. E-Feld [MV/m] a) Beschleunigungsfeld 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 Zeit [ms] Leistung [kW] b) vor. Leistung refl. Leistung 5 4 3 500µs Strahl 2 1 0 0 10 20 30 40 Zeit [ms] c) Phase d) 60 20 Frequenzverschiebung Phase [grad] 50 40 30 ¬f [Hz] 10 0 -10 -20 20 0 10 20 30 40 -30 0 10 20 30 40 Zeit [ms] Zeit [ms] Abb. 6.4: Simulation der HF-Eigenschaften: a) Verlauf des Beschleunigungsfeldes, b) Vorwärts- und reflektierte Leistung, c) Phasenverlauf, d) Resonanzfrequenzänderung. Abb. 6.4 zeigt ein Beispiel des simulierten Verhaltens eines HWR bei einer Wiederholrate von 40 Hz. Die gewählte hohe Wiederholfrequenz dient lediglich zur Erfassung der Resonanzfrequenzänderungen innerhalb einer akzeptablen Simulationszeit.
6-88 Die optimale Anpassung der Kavität an den Strahlstrom lässt sich am deutlichsten in der Grafik (Abb. 6.4) bei der Betrachtung der Vorwärts- bzw. der reflektierten Leistung verdeutlichen. Im Bereich des Füllvorganges (2-3ms) wird durch eine Vorsteuerung und I/Q- Regelung die maximal mögliche Verstärkerleistung angelegt. Die reflektierte Leistung sinkt kontinuierlich bis zum Erreichen des Beschleunigungsfeldes und ist danach unter Vernachlässigung der Verluste in der Kavität gleich der Vorwärtsleistung von ~1, 5kW abhängig von der eingestellten Kopplung. Mit Beginn des Strahlpulses reduziert sich die reflektierte Leistung bei optimaler Kopplung auf null, während durch die Aufschaltung mittels der Vorsteuerung die Vorwärtsleistung erhöht wird. Beschleunigungsfeld 7 E-Feld [MV/m] 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 3 5 7 9 Zeit [ms] Strahl Phase Phase [grad] 48 47 46 45 44 43 3 5 7 9 Zeit [ms] Strahl Abb. 6.5: Amplituden und Phasenänderung während des Strahlpulses (6-7 ms).
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