supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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programme. Eine Übernahme der berechneten Shuntimpedanz R a /Q 0 (Gl (4.7)) in die
Auswertung zur Bestimmung der supraleitenden Eigenschaften ist somit gerechtfertigt.
Die folgende Tabelle fasst die gemessenen und berechneten Ergebnisse der Resonanzfrequenzänderung
zu Beginn der ersten supraleitenden Messungen zusammen und
verdeutlicht die relativ genauen Möglichkeiten von mechanischen Simulationen.
Tabelle 11: Resonanzfrequenzänderung im Vergleich zwischen gemessenem und
simuliertem Verhalten des HWR-Prototypen Typ II.
Simulation Messung
f o bei 300K -- 160,4 MHz
∆f nach Evakuierung - 32 kHz - 50 kHz
∆f nach Abkühlung auf 4 K + 270 kHz + 260 kHz
Tuning Empfindlichkeit 150 kHz / mm 120 kHz / mm
7.2 Bestimmung der supraleitenden Eigenschaften
Beide Prototypen wurden hinsichtlicht HF-Eigenschaften, mechanischer Resonanzen und gepulstem
Verhalten im supraleitenden Zustand getestet. Zur hochfrequenzmäßigen
Charakterisierung der Resonatoren wird dabei ein Test-Aufbau gemäß Abb. 7.6 benutzt. Im
Aufbau sind bereits alle hochfrequenztechnischen Baugruppen integriert, wie sie auch im
COSY-Linac geplant sind. Dies erlaubt somit eine dedizierte Betrachtung der HF-Regelung.
Die Bestimmung der supraleitenden Eigenschaften ist in einem vertikalen Badkryostaten
durchgeführt worden (siehe Anhang). Das resultierende magnetische Restfeld am Ort des
Test-Resonators im Badkryostat ist kleiner als B ext < 0,01 mT [Eichhorn03.2], und das
kritische Magnetfeld B c2 beträgt bei Niob und 4 K etwa:
2
⎛ T ⎞
Bc ( T ) 2 Bc
( T ) 2 Bc
(0) ⎜ ⎛ ⎞
2
= κ = κ 1−
⎟ ≈ 220mT
⎜
⎜
T
⎟
, (7.1)
⎟
⎝ ⎝ c ⎠ ⎠
mit dem Ginzburg-Landau-Parameter κ, der sich aus dem Verhältnis der Londonschen Eindringtiefe
λ L und der Ginzburg-Landau-Kohärenzlänge ξ GL [Kinder99] ergibt. Daraus folgt
nach Gl. (4.5a) ein Oberflächenrestwiderstand aufgrund des Erdmagnetfeldes von
R M = 12,5 nΩ. R M ist somit immer noch größer als der BCS-Widerstand R BCS und erfordert
zur optimalen Bestimmung der erreichbaren Feldstärken eine höhere
Erdmagnetfeldabschirmung.
Die beschleunigerphysikalischen Eigenschaften einer Kavität werden durch deren Q 0 (E acc )-
Kurve beschrieben, also die Änderung der Leerlaufgüte im Vergleich zur Beschleunigungsspannung.
Sie gibt direkt Auskunft über die erreichbare Feldstärke und damit zusammen mit
Transit-time-faktor, synchroner Phase und aktiver Beschleunigungslänge über den zu
erwarteten Energiegewinn und die damit einhergehenden HF-Verluste. Die Feldabhängigkeit