supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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5-79 1 Amplitude [V] 0,5 0 -0,5 -1 0 1 2 3 4 5 Zeit [s] Abb. 5.10: Messung mit modifiziertem Phasendetektor AD8302. Die in Abb. 5.10 gemessene Ausgangsspannung des Phasendetektors mit zwei um 0,5 Hz unterschiedlichen Eingangssignalen zeigt, dass der Phasendetektor nur in einem Bereich von 0°-180° benutzt werden kann. Im Rahmen der zu erwartenden Frequenzänderungen und der Geschwindigkeit der Resonanzfrequenzregelung ist diese Einschränkung unerheblich. In der Messung wurde bereits eine Modifikation, bestehend aus einer einstellbaren Differenzschaltung, berücksichtigt, die eine Verschiebung des Ausgangssignals zur symmetrischen Verarbeitung erlaubt. Zur Ansteuerung der Tuning-Einheit wurde eine einfache Schaltung entwickelt, die aus dem modifizierten Signal des Phasendetektors eine direkte Ansteuerung des Schrittmotors ermöglicht. Über einen Fensterkomparator wird bei Über- bzw. Unterschreitung einer einstellbaren Frequenzabweichung der Schrittmotor aktiviert. Innerhalb der eingestellten Fensterbreite von etwa 30 Hz (in Bezug auf eine externe Güte von etwa 10 6 ) bleibt die Schrittmotor-Ansteuerung inaktiv. In diesem Bereich übernimmt später die schnelle I/Q Regelung insbesondere während des Strahlpulses die Aufgabe, das elektromagnetische Feld in den geforderten Genauigkeiten von +/- 0,5% Amplituden- und +/- 0,5° Phasenabweichung zu halten. Bedingt durch die Fensterbreite +/- 15 Hz wird im ungünstigsten Fall bereits ohne zusätzliche Störquellen eine Feldreserve im Resonator durch die I/Q-Regelung von 3,5 % benötigt. Die im Folgenden gezeigten Messungen sind im CW-Betrieb einer unpräparierten Kavität durchgeführt worden, wodurch Einflüsse hoher Feldenergien ausgeschlossen werden können. Vermutlich wird durch das Hystereseverhalten des Tuners (Abb. 4.29) die Anregung einer mechanischen Resonanz bei etwa 230 Hz während des geregelten Betriebs begünstigt. Abb. 5.11 und Abb. 5.12 zeigen den Verlauf der Resonanzfrequenzregelung bei einem Generatorfrequenzsprung von 10 Hz. In Abhängigkeit der zuvor gefahrenen Richtung ergibt sich ein gänzlich verschiedenes Verhalten. Sofern keine Richtungsänderung vorliegt, folgt die
5-80 Motorregelung direkt dem Frequenzsprung und korrigiert durch wenige Schritte die Resonanzfrequenz (Abb. 5.11). Ist allerdings zuvor der Motor in die entgegengesetzte Richtung gefahren, ergibt sich durch den Hysterese-Effekt die Anregung einer mechanischen Resonanz. Diese wird zwar auch durch die Regelung ausgeglichen, erfordert allerdings nun deutlich mehr Zeit zur Ausregelung des Frequenzsprunges. Eine Verbesserung des Verhaltens konnte zwar nach erneuter Justage zur genaueren Symmetrisierung der Tuningeinheit an der Kavität erreicht werden, ließ sich aber nicht gänzlich vermeiden. 0,4 Motorschritte 0,3 Phasensignal [V] 0,2 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Zeit [s] Abb. 5.11: Resonanzfrequenz-Regelung durch Schrittmotor-Ansteuerung, hervorgerufen durch 10 Hz Sprung am HF-Generator. Als mögliche Ursache der Hystereseeffekte wird die Schweißnaht im Gegenlager zur Symmetrierung der Tuner-Bewegung vermutet und im nächsten Designschritt durch Verstärkung der Festgelenke reduziert.
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