supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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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 Beschleunigungsstruktur 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