supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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4-37 Abb. 4.10: Runde Deckel- und Bodenplatte „Typ I“. Abb. 4.11: Elliptische Deckel- und Bodenplatte „Typ II“.
4-38 Zusätzlich unterscheiden sich beide Typen durch die Herstellung der eigentlichen koaxialen Struktur. Während bei Typ I die gesamten Halbschalen sowohl für Innen- als auch für Außenleiter durch Tiefziehen hergestellt werden, setzt sich Typ II aus verschiedenen Teilen zusammen. Die runden Teile werden dabei aus Blechen mit einer Schweißnaht geformt und anschließend mit den durch Tiefziehen gewonnenen Halbschalen des Innenteils verschweißt. Bei Typ I gibt es somit nur zwei Längsschweißnähte, wodurch schweißtechnische Risiken wegen einer geringeren Anzahl von T-Nähten minimiert werden. 4.4 Mechanisches Verhalten der HWR Neben den elektromagnetischen Eigenschaften der <strong>Beschleunigung</strong>sstruktur spielt aufgrund des gepulsten Betriebs das mechanische Verhalten der HWRs eine entscheidende Rolle. Bei Pulsung sind nicht nur die Formänderungen durch Kühlung auf 4,2 K (flüssiges Helium, lHe) bzw. Druckänderungen beim Evakuieren der Kavität wichtig, sondern es müssen auch die mechanischen Eigenresonanzen und die Verstimmung durch die Lorentzkraft (siehe 4.4.3) berücksichtigt werden. Die Wahl der Niob-Wandstärke von 3 mm wurde maßgeblich durch diese Aspekte festgelegt. Während sich die Eigenresonanzen bei 2 mm bzw. 3 mm Wandstärke kaum unterscheiden, liegen die Verformungskräfte durch die Druckunterschiede bei 2 mm bereits oberhalb der kritischen Grenze einer plastischen Verformung. Berücksichtigt man dann noch die zusätzliche Belastung durch die Tuning-Kräfte, ist eine Wandstärke von 3 mm notwendig. Die Lorentzkraft-Verstimmung wird dabei deutlich reduziert und ermöglicht damit eine Vereinfachung der HF-Regelung. 4.4.1 Abkühlung Durch das Abkühlen der Kavität auf 4,2 K schrumpft diese. Die Längenänderung der Kavität beträgt etwa 1,7 mm; damit ergibt sich aus den Simulationen eine Frequenzänderung von etwa ∆f = 280 kHz, die bereits bei der Fertigung der Resonatoren zu berücksichtigen ist. Da die Titan-Heliumhülle einen ähnlichen Temperaturkoeffizienten wie Niob aufweist, ergeben sich keine nennenswerten Spannungen im Gefüge Kavität - Heliumhülle, die zu asymmetrischen Verformungen führen könnten. Durch den Druckunterschied zwischen ´Strahl´-Vakuum im Resonator und dem umgebendem flüssigen Helium treten bereits Spannungen im Niobmaterial auf, die bei Raumtemperatur in die Festigkeitsuntersuchungen einbezogen werden müssen (siehe Kap. 4.4.2). Die Resonatoren mit Titan-Hülle wurden unter Berücksichtigung der Druckgeräteverordnung [Druck02] ausgelegt und auf einen Überdruck von 0,4 bar gegen Atmosphärendruck limitiert. 4.4.2 Evakuieren Nach Evakuierung der Kavität treten Verformungen im Bereich hoher elektrischer Felder auf. (Abb. 4.12). Berücksichtigt man dabei Fixpunkte am Ort der Strahlöffnungen, wie sie für den
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