supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

Kapitel 1
Einleitung
Das seit 1992 im Forschungszentrum Jülich betriebene Cooler Synchrotron COSY
beschleunigt unpolarisierte und polarisierte Protonen und Deuteronen in einem
Energiebereich von 45 MeV bis 2,7 GeV. Sowohl interne als auch externe Targetplätze stehen
zur Verfügung und ermöglichen Einblicke im Bereich der Hadronenphysik mit „gekühlten“
Protonen- bzw. Deuteronen-Strahlen.
Aufgrund der durch das 35 Jahre alte Zyklotron, das als Vorbeschleuniger dient, limitierten
Anzahl von polarisierten Protonen und Deuteronen wurde bereits vor einigen Jahren über
einen neuen leistungsfähigen Vorbeschleuniger nachgedacht, um COSY bis zum
Raumladungslimit zu füllen. Neben kompakten Synchrotrons wurden insbesondere lineare
Beschleuniger (Linac) untersucht. Multi-gap Strukturen wie Alvarez-Kavitäten beispielsweise
von AccSys und der LINAC II vom CERN oder das optimierte Konzept einer CH-Struktur
wurden in Betracht gezogen. Die unterschiedlichen Auslegungen bevorzugen dabei jeweils
eine Teilchensorte und weisen gegenüber der anderen Teilchensorte bezogen auf eine
optimale Nutzung von COSY Nachteile auf. In Kapitel 2 wird die Beschleunigeranlage COSY
vorgestellt und anschließend in Kapitel 3 eine kleine Einführung in die Grundlagen der
Supraleitung gegeben.
Ziel der in Jülich betriebenen Studien war es, einen Linac zu konzipieren, der sowohl
Protonen als auch Deuteronen (insbesondere polarisierte Teilchen) auf möglichst hohe
Endenergien beschleunigt und effizient in Bezug auf Platzbedarf und HF-Leistungsbedarf ist.
Als besonders vorteilhaft erwies sich eine supraleitende Lösung mit Halbwellen-Resonatoren,
die aufgrund der geringen Verluste mit kostengünstigen Transistor-Verstärkern betrieben
werden können. Die ionenoptischen Parameter verlangen dabei eine Auslegung der
Halbwellen-Resonatoren inklusive Tuning-Einheit mit minimaler Ausdehnung in
Strahlrichtung. Da zu Beginn der Studie weltweit nur einzelne Prototypen von Halbwellen-
Resonatoren existierten, wurde eine nähere Betrachtung im Hinblick auf einen
routinemäßigen Einsatz als Vorbeschleuniger notwendig.
Der gepulste Einsatz des supraleitenden Linacs erfordert die Integration einer schnellen
Tuningeinheit zur Kompensation der Lorentz-Kraft-Verstimmung und zur Minimierung von