supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen
Hochfrequenzeigenschaften gepulster, supraleitender ... - JuSER
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entlang der gesamten Struktur, während die dritte Lanze durch die Strahlöffnungen speziell<br />
den kritischen Bereich der mittleren Abflachung spült. Bei der Auslegung wurde bereits der<br />
Kleinseriendurchsatz von 44 Kavitäten berücksichtigt und eine Wasseraufbereitungsanlage<br />
entsprechend der Spüldauer dimensioniert. Aus den Felddarstellungen in Abb. 4.8 und Abb.<br />
4.9 erkennt man sehr leicht die kritischen Flächen. Besonders weisen die Bereiche der<br />
Strahlöffnungen und der Übergangsbereich eine hohe elektrische Feldstärke auf und erfordern<br />
daher eine Beseitigung der aufliegenden Fremdpartikel <strong>zur</strong> Vermeidung der Feldemission. Im<br />
Bereich hoher magnetischer Felder wird eine gute Reinigung angestrebt, da dort zum einen<br />
durch Fremdpartikel zusätzliche Wärmeverluste im Bereich hoher Ströme entstehen und die<br />
Quenchgefahr erhöhen, und zum anderen diese Fremdpartikel als Feldemitter maßgeblich das<br />
Multipacting mit beeinflussen.<br />
Die Auslegung der optimierten Hochdruck-Spülanlage berücksichtigt diese Gefahrenpunkte,<br />
allerdings ergeben sich aufgrund der komplexen Struktur Bereiche mit schlechtem<br />
Wasserablauf (Abb. 4.15). Diese Bereiche erfordern eine besondere Beobachtung, da sich dort<br />
sehr leicht Ablagerungen von entfernten Partikeln oder Salzen niederschlagen. Eine<br />
anschließende Reinstwasserfüllung mit nachfolgender, kontrollierter Trocknung im Reinraum<br />
kann dieses Problem allerdings minimieren.<br />
Zur chemischen Bearbeitung der Prototypen wurde das bekannte BCP-Verfahren (Buffered<br />
Chemical Polishing) eingesetzt. BCP benutzt eine Mixtur aus Flusssäure (HF), Salpetersäure<br />
(HNO 3 ) und Phosphorsäure (H 3 PO 4 ) im Verhältnis 1:1:2.<br />
Bei der starken exothermischen Reaktion der Säuren mit der Resonatoroberfläche entstehen<br />
große Mengen von Gasen, darunter vornehmlich Wasserstoff, der durch die sich ergebenden<br />
hohen Temperaturen leicht ins Niob eindringen kann. In Abhängigkeit der Abkühlprozedur<br />
kann es durch diesen Wasserstoff zu einer drastischen Reduktion der Leerlaufgüte Q 0 des<br />
Resonators kommen. Dieser Effekt wurde erstmals in den 80er Jahren entdeckt und trägt den<br />
Namen Q-Desease [Bonin91]. Daher wird eine chemische Politur im Durchflussverfahren mit<br />
Regulierung der Säurentemperatur notwendig. Die Abrundungen an den Endkappen der HWR<br />
reduzieren dabei die Gefahr von Verwirbelungen und ermöglichen eine gleichmäßige<br />
Strömung der Säuren an jedem Oberflächenpunkt der Kavität.<br />
Die während der mechanischen Bearbeitung auftretenden Beschädigungen der Niob<br />
Oberflächen sowie Fremdeinschlüsse durch die Umformverfahren erfordern einen Abtrag von<br />
min. 120 µm.<br />
Für den Prototyp vom Typ II wurde insbesondere die Möglichkeit der Elektropolitur (EP)<br />
untersucht. Trotz der recht komplizierten Geometrie der HWR ist eine Elektropolitur möglich<br />
[Henkel03]. Während bei einer chemischen Politur vornehmlich die Korngrenzen angegriffen<br />
und gerundet werden, erlaubt die Elektropolitur eine Glättung der gesamten Oberfläche und<br />
führt somit zu einer merklichen Reduzierung des Oberflächenwiderstandes. Hierbei wird wie<br />
beim reinen BCP-Verfahren eine gesamte Abtragung von 120 µm angestrebt. Dazu werden<br />
zunächst 70 µm über BCP geätzt und anschließend eine 50 µm Schicht über EP entfernt.