supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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Zyklotron selber ist die zur Verfügung stehende Anzahl polarisierter Teilchen in COSY
limitiert.
Da die polarisierten Teilchen als einfach negativ geladene Ionen im Vorbeschleuniger
extrahiert werden, erfolgt der Einschuss in COSY durch eine Umladung. Durch schnelle
Ablenkmagnete (Bumper) wird der gespeicherte Strahl über die Dauer des Injektionspulses
(20 ms) von der Umladungsfolie gelenkt. Die lange Injektionszeit und die Bumper-Injektion
selbst führen zur kompletten Auffüllung des transversalen Phasenraums in COSY
(ε x < 100π mm mrad, ε y < 30π mm mrad). Das Zyklotron liefert dabei Strahlen mit geringer
Impulsunschärfe, die etwa um einen Faktor zwei kleiner ist als die Impulsakzeptanz in COSY
(∆p/p < +/- 1,5*10 -3 ).
Die lange Injektionsstrahlführung (100m) vom Zyklotron bis COSY hat hierbei keinen
Einfluss auf den Teilchenstrom und die Strahlqualität. Sowohl für Protonen als auch für
Deuteronen werden nahezu 100% Transmission erreicht.
Die Limitierung der zur Verfügung stehenden polarisierten Teilchen wird somit durch das
System Quelle-Zyklotron bestimmt. Eine hohe Teilchenzahl bei Experimenten mit
polarisierten Teilchen wird allerdings mehr und mehr gefordert. Insbesondere bei den internen
Experimenten mit Atomstrahltargets erhöht die zur Zeit limitierte Anzahl polarisierter
Teilchen maßgeblich die erforderliche Strahlzeitdauer oder macht gar eine sinnvolle
Auswertung der Experimentdaten unmöglich.
2.2 Besonderheiten von COSY
COSY zeichnet sich insbesondere durch eine exzellente Strahlqualität aus. Zur
Phasenraumkühlung der Protonen bzw. Deuteronen werden zwei sich ergänzende
Kühlmethoden eingesetzt: Zum einen die Elektronenkühlung, welche Teilchen bei
Injektionsimpulsen bis 600 MeV/c sehr effizient kühlen kann, und zum anderen die
stochastische Kühlung, die insbesondere im Speicherbetrieb ab 1.5 GeV/c eingesetzt wird.
Bei internen Gas-Targets ermöglicht diese die Kompensation des Energieverlustes durch
Strahl-Target Wechselwirkung und führt somit zu einer deutlichen Erhöhung des Duty-
Faktors am Target.
Bei der Elektronenkühlung wird ein monoenergetischer Elektronenstrahl über eine
Wechselwirkungslänge von etwa 2 m parallel zum Protonenstrahl geführt [Prasuhn00]. Die
Geschwindigkeit und Richtung der Elektronen entspricht dabei dem Protonen-Sollteilchen. Im
Haupteinsatzgebiet der Elektronenkühlung bei Injektion der Protonen von etwa 300 MeV/c
entspricht dies einer Elektronenenergie von 22 keV. Der Elektronenkühler wurde bis zu einer
Elektronenenergie von 100 keV ausgelegt und eignet sich somit zur Kühlung von Protonen
bis zu einem Impuls von 600 MeV/c.
Besonders effektiv erwies sich die Elektronenkühlung während des Stacking-Prozesses zur
Erhöhung der Teilchenzahl polarisierter Protonen: Beim Stacking werden über viele