supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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2.3 Neuer Injektor für COSY: Motivation
Gerade im von COSY abgedeckten Energiebereich hat in den vergangenen Jahren das
Interesse an polarisierten Teilchenstrahlen zugenommen [PAC]. Um diesem Interesse und den
damit verbundenen Wunsch nach hohen Teilchenzahlen gerecht zu werden, musste über eine
Modifikation der bestehenden Anlage nachgedacht werden. Der Grund hierfür liegt im bisher
verwendeten Injektor, dem Zyklotron [Bräutigam88], dessen geringe Transmission verbunden
mit der verwendeten Teilchenquelle für polarisierte Strahlen die Anzahl der zur Verfügung
stehenden polarisierten Protonen und Deuteronen auf etwa 1*10 10 limitiert. Das
Raumladungslimit von COSY liegt dabei etwa einen Faktor 20 höher. Ein neuer
Vorbeschleuniger inklusive angepasster Polarisationsquelle könnte die Luminosität sowohl
der internen als auch der externen Experimente deutlich verbessern. Der neue
Vorbeschleuniger soll COSY bis zum Raumladungslimit füllen und dabei sowohl für
Protonen als auch für Deuteronen eine möglichst hohe Endenergie besitzen.
Bereits 1998 wurden verschiedene Möglichkeiten eines neuen Injektors für COSY untersucht.
Neben einem LINAC standen dabei verschiedene Synchrotronkonzepte zur Auswahl
[Bäutigam97]. Ein für COSY optimiertes Synchrotron erlaubt zwar eine Einschussenergie von
200 MeV und damit ein höheres Raumladungslimit in COSY, allerdings sind dabei
mindestens 10 Einschusszyklen erforderlich, wobei der Vorteil einer hohen Einschussenergie
aufgrund der langen Verweilzeit bei Einschuss und des geringeren Tastverhältnisses für
COSY verloren geht. In diesem Zusammenhang wurde untersucht, ob sich MIMAS
[Chamouard88], damals ein kurzfristig verfügbares Synchrotron als Vorbeschleuniger eignen
könnte.
Als optimale Lösung erwies sich hingegen ein LINAC, der mit einem Puls COSY bis zum
Raumladungslimit füllen kann. Mit Strahlströmen von bis zu 2mA ergeben sich deutlich
verkürzte Injektionszeiten im Vergleich zum gegenwärtigen Zyklotron (JULIC). Dies
reduziert die Anzahl der Durchgänge des Strahls durch die Umladungsfolie und führt so zu
einer besseren Strahlqualität des gebunchten Strahls.
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Parameter der bestehenden und
vorgeschlagenen Anlage gegenübergestellt:
Tabelle 1: Eigenschaften der vorhandenen und geplanten Vorbeschleunigeranlage:
Vorhandene Anlage
Geplante Anlage
Pol. Ionenquelle 10 µA, 20 ms 2 mA, 500 µs
Injektor-Typ (Strahlstrom) Zyklotron (500 nA) Linac (2 mA)
COSY Injektion Umladung multiturn, ~10000 Umladung multiturn, ~100
COSY, flat top 5*10 9 Teilchen 2*10 11 Teilchen
(Raumladungslimit)
Luminosität (polarisiertes
Gas-Target, p*D=10 13 cm -2 ) 5*10 28 cm -2 s -1 2*10 30 cm -2 s -1