supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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Teilchengeschwindigkeit entscheidend. Nach Skalierung auf ein gewähltes maximales
Magnetfeld von B peak = 80 mT ergeben sich die in Abb. 4.3 dargestellten Spannungen. Das
kritische Feld bei Kühlung mit flüssigem Helium liegt für Niob etwa bei B c = 200 mT. In der
Praxis gelten Werte um 100 mT auch im Bereich der Schweißnähte als erreichbar.
Begrenzend wirken hierbei Oberflächen-Rauigkeit, Unreinheiten und Fremdeinschlüsse. Die
Beschränkung auf ein maximales Magnetfeld von 80 mT im gepulsten Betrieb beruht auf
Ergebnissen ähnlicher Resonatoren, wobei Standardverfahren zur Herstellung sowie erfolgte
chemische Präparation und Reinigung vorausgesetzt werden.
Strahl
L=930mm
Abb. 4.2: Koaxialer Halbwellenresonator mit Strahlrohranschlüssen. Der Resonator ist
an beiden Enden kurzgeschlossen.
Ein hohes Verhältnis von D/d (d = 50 mm, d = 60 mm) begünstigt den Einsatz in einem
weiten Energiebereich, erkennbar an den flachen Kurvenverläufen in Abb. 4.3 (hohe
Impulsakzeptanz). Allerdings reduziert sich deutlich der Energiegewinn pro Kavität wegen
des ungünstigeren Verhältnisses von B peak zu E acc . Umgekehrt verringert sich die
Impulsakzeptanz bei kleinen D/d (d = 90 mm) ohne deutliche Vergrößerung des
Energiegewinns pro Kavität. Dies hätte auf jeden Fall die Hinzunahme einer weiteren
Kavitäts-Familie zur Folge.
Beim Durchgang eines Teilchens durch den HWR sieht das Teilchen das beschleunigende
radiale elektrische Feld der ersten TEM-Mode. Im feldfreien Bereich des Innenleiters
wechselt das Vorzeichen des Hochfrequenzfeldes, sodass im zweiten Spalt wiederum ein
beschleunigendes E-Feld vorhanden ist.
Eine rein kreisrunde koaxiale Struktur ist wegen des erforderlichen Energiebereiches und zur
Reduzierung der Anzahl verschiedener Strukturen bei der Beschleunigung von Protonen und
Deuteronen ungünstig. Zur Anpassung an eine optimale Beschleunigung wurde der mittlere
Teil durch Abflachung von Innen- und Außenleiter modifiziert, ohne maßgeblich die
magnetische Peak-Feldstärke und HF-Verluste zu erhöhen. In Abb. 4.3 wird diese
modifizierte Halbwellenstruktur durch die mit „modifiziert“ gekennzeichnete Kurve
berücksichtigt.