supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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anderen kann die Kavität damit leicht verstimmt werden, um die Phasenänderung aufgrund
des Strahles auszugleichen.
Nach [Haebel96] lässt sich auch im vorliegenden Fall eine Verstimmung der Kavitäts-
Resonanzfrequenz zur Kompensation der Phasenänderung aufgrund des Strahlstromes I B
bestimmen zu:
ω
ω
⎛ R ⎞ I
Q ⎜ ⎟
⎝ ⎠
( φS
)*0,5
∆ωL
a B
g
−
c
= −
L⎜
Q ⎟ sin *
0
U
mit ω g : Generatorfrequenz, ω c : Resonanzfrequenz, Q L die optimierte Güte bei einem
Strahlstrom von I B und einer Synchronenphase von φ s und daraus die Resonanzbreite ∆ω L
sowie die Beschleunigungsspannung U.
Im vorliegenden Fall ergibt sich aus Gl. (5.1) eine Resonanzfrequenzverstimmung von
∆f = 10 Hz zur optimalen Anpassung der Kavität unter Berücksichtigung der Strahllast.
(5.1)
Im Falle einer analogen Regelung wird ein weiteres Phasenglied zur Einstellung der Sollphase
zwischen Detektion des Kavitätsfeldes durch die Feldsonde und I/Q Regelung benötigt.
Dadurch wird die Synchronisation zwischen I/Q-Regelung und HF-System, bestehend aus
Zuleitungen, Kavität und Feldprobe, erreicht. Bei einer digitalen Regelung kann dies durch
eine Matrixoperation im DSP erfolgen, benötigt aber dennoch eine genaue Messung und lässt
sich bei Systemänderungen nicht so schnell variieren wie dieses I/Q-Phasenglied.
Die Pulsung zur Einstellung des Beschleunigungsfeldes wird über zwei Dämpfungsglieder
gesteuert. Dabei wird über ein Triggersignal einerseits das Dämpfungsglied ATT1 angesteuert
und die Vorwärts-Leistung erhöht, andererseits wird das Kavitätssignal über ATT2 reduziert,
sodass nach Erreichen des Beschleunigungsfeldes die gleichen Bedingungen für den Regelkreis
erfüllt sind.
Ein zusätzlich über ein weiteres Triggersignal gesteuertes Dämpfungsglied erlaubt eine
Vorsteuerung zur Kompensation des Beam-Loadings. Dieses Dämpfungsglied (ATT3 in Abb.
5.6) lässt sich in 0,5 dB Schritten einstellen und weist einen sehr geringen Phasenfehler auf.
Alle Dämpfungsglieder inklusive Ansteuerlogik für zwei Kavitäten sind in einem VME-
Einschub integriert (siehe Kapitel 5.3.3).
Die Geschwindigkeitsanforderung einer I/Q-Regelung wird maßgeblich von den Strahlanforderungen
und der Eigenschaften der Kavität bestimmt. Die gespeicherte Energie im Falle des
160 MHz Resonators beträgt etwa W K = 10 J. Bei einem angenommen Strahlstrom von
I beam = 2 mA und einer Pulsdauer von 500 µs ergeben sich n = 500 µs * 160 MHz = 80000
Teilchenpakete mit einer Ladung von Q bunch = I beam * t/n = 12 pC pro Teilchenpaket. Der
Energiegewinn pro Kavität beträgt etwa 1,1 MeV. Somit beträgt die pro Teilchenpaket aus der
gespeicherten Feldenergie entnommene Energie ca. 13 µJ, die dem Feld über den Koppler
wieder zugeführt werden muss. Ohne zusätzliche HF-Leistung würde es über 6500
Teilchenpakete oder 40 µs dauern, bis die gespeicherte Energie auf 1% abgefallen ist.