supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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von P.T. Farnsworth untersucht und in den 60ern von A.J. Hatch [Hatch66] insbesondere für
Hochfrequenz-Felder analysiert.
Die kompakte Bauweise des HF-Kopplers mit einem Außenleiter-Durchmesser von 28 mm
(siehe Kapitel 4.7) ergibt durch die Spannungsüberhöhungen während des Füllvorganges der
Kavität ein hohes Multipacting-Risiko in der Koppler-Zuleitung. Unter Berücksichtigung der
zweidimensionalen Multipacting-Simulationen koaxialer Leitungen und der benötigten HF-
Leistung liegt im betrachteten Einsatzbereich eine Multipactingschwelle [Somersalo95,
Lilje98], die als ‚weiche Schwelle’ leicht durch HF-Konditionierung überwunden werden
sollte.
Betrachtet man die komplexe Geometrie des HWR, so wird ersichtlich, dass eine
zweidimensionale Simulation der Multipacting Eigenschaften hier nicht ausreichend ist.
Insbesondere die Regionen an Boden- und Deckelplatte mit den Bearbeitungsöffnungen
weisen ein erhöhtes Risiko von Multipacting auf, das wegen der hohen Magnetfelder und der
daraus resultierenden komplexen Elektronenbahnen nur durch gute 3-dimensionale
Simulationsprogramme halbwegs genügend beschrieben werden kann. Diese
Simulationsprogramme stehen derzeit erst am Anfang ihrer Entwicklung [Krawcyk01]. Eine
genaue Analyse kann somit nur durch Messungen an den Prototypen erfolgen. Hier zeigt sich
auch, wie kritisch diese Multipacting-Schwellen sind, da insbesondere die ersten Schwellen
meistens leicht durch so genanntes Konditionieren überwunden werden können und erst nach
Belüften wieder auftreten und erneut konditioniert werden müssen. Andererseits gibt es
sogenannte harte Schwellen, die sich nicht konditionieren lassen und die maximal
erreichbaren Feldstärken daher limitieren.
4.7 HF-Koppler
Hochfrequenzkoppler werden für verschiedene Aufgaben konzipiert, die sich in drei Gruppen
einteilen lassen. Zum einen muss die notwendige HF-Leistung zur Erzeugung des
elektromagnetischen Feldes in der Kavität zur Verfügung gestellt werden und die Änderung
des Feldes aufgrund der vom Strahl aufgenommen Energie kompensiert werden. Dies
geschieht durch Leistungskoppler. Und zum anderen werden Probe-Koppler benötigt, die
durch Auskopplung eines geringen, dem Feld proportionalen Signals, eine Kontrolle von
Amplitude und Phase erlauben. Darüber hinaus gibt es Higher Order Modes (HOM) Koppler,
die unerwünschte höhere Moden auskoppeln und durch Dämpfung unterdrücken.
Im Folgenden wird nur der Koppler zur Einspeisung der HF betrachtet. Höhere Moden
spielen wegen des relativ geringen Strahlstromes und der betrachteten Struktur nur eine
untergeordnete Rolle. Ihre Güten sind relativ klein, und eine Anregung durch den Strahl wird
nicht erwartet. Sollte sich dennoch beim Betrieb des Resonators herausstellen, dass höhere
Moden die Energiebilanz stören oder deren magnetische Feldkomponenten den Strahl
beeinflussen, so lassen sich wegen der breitbandigen Auslegung des Leistungskopplers diese