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The crossbar H-mode (CH) cavity is an accelerating structure operated in the H21(0) mode. The robustness of the crossbar geometry allows one to realize room temperature as well as superconducting linac cavities. The shunt impedance characteristics of this structure are attractive to develop proton and heavy ion linacs in the low and medium beta range. A first room temperature eight-cell prototype has proven the feasibility of the crossbar design in terms of mechanical construction, copper plating, and cooling. An innovative rf coupling concept has been developed where two CH cavities are connected by a two gap E010-mode resonator which, at the same time, provides transverse focusing by a quadrupole triplet. The concept has been applied in the design of the new FAIR proton linac and a scaled model of the second cavity of this injector has been built and tested too. The full scale prototype is now under construction at the University of Frankfurt. In this paper, the room temperature CH cavity development as well as the general layout of the FAIR proton injector (70 MeV, 325 MHz, 70 mA) is presented and discussed.
For the research program with cooled antiprotons at FAIR a dedicated 70 MeV, 70 mA proton injector is required. The main acceleration of this room temperature linac will be provided by six CH cavities operated at 325 MHz. Each cavity will be powered by a 2.5 MW Klystron. For the second acceleration unit from 11.5 MeV to 24.2 MeV a 1:2 scaled model has been built. Low level RF measurements have been performed to determine the main parameters and to prove the concept of coupled CH cavities. For this second tank technical and mechanical investigations have been performed in 2010 to develop a complete technical concept for the manufacturing. In Spring 2011, the construction of the first power prototype has started. The main components of this cavity will be ready for measurements in summer 2011. At that time, the cavity will be tested with a preliminary aluminum drift tube structure, which will allow precise frequency and field tuning. This paper will report on the recent technical development and achievements. It will outline the main fabrication steps towards that novel type of proton DTL. Also first low level RF measurements are expected.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines IHBeschleunigers zur Beschleunigung schwerer Ionen am Brookhaven National Laboratory.
Es wurde eine Einführung in die Arbeit und die Experimente des BNL gegeben, um zu verstehen, welche Aufgabe die IH in Zukunft haben wird und wie diese das BNL in den experimentellen Möglichkeiten erweitert.
Eingebettet in den historischen Kontext wurde zu Beginn die Familie der H-Moden Beschleuniger und ganz besonders die IH erläutert. Wichtige Begriffe und charakteristische Größen, die zum Verständnis der vorliegenden Arbeit nötig sind, wurden eingeführt und deren anschauliche Bedeutung bei der Entwicklung von Beschleunigern klar gemacht.
Eine Neuerung bei der Entwicklung von Driftröhrenbeschleunigern stellt der aufgebaute Messstand und die Computergestützte Datenanalyse dar. Es konnte gezeigt werden, dass die vorgestellte Methodik zur Verarbeitung der Messdaten enorme Verbesserungen mit sich bringt. Daten von unterschiedlichsten Beschleunigern könnern schneller als zuvor analysiert und direkt mit den Sollwerten der Strahldynamik verglichen werden. So kann bereits vor Ort eine mit nur geringen Fehlern behaftete Auswertung erstellt werden und direkt in die weitere Arbeit an einem Beschleuniger mit einfließen.
Die neue Technik wurde im weiteren Verlauf der Arbeit genutzt, um die im Detail eingeführte BNL IH Struktur aufzubauen und für den Einsatz in den USA fertig zu stellen. Neben den exakt auszuführenden Aufbau- und Justierarbeiten wurde viel Zeit in die Erstellung eines ausgereiften Tuningkonzepts investiert. Während dieser Arbeiten wurden die zwar theoretisch bekannten, am Institut aber noch nie nachgewiesenen, parasitären Tunerresonanzen beobachtet. Der zerstörerische Effekt einer solchen Resonanz konnte erstmals gemessen und analysiert werden.
Trotz der üblichen kleineren Schwierigkeiten, die komplexe Projekte mit sich bringen wurde die IH Struktur noch vor Beendigung dieser Arbeit in den USA am BNL aufgestellt und getestet. Es wurde noch nicht die volle Leistung erreicht, aber der Konditionierungsprozess ist in vollem Gange und die vorläufigen Ergebnisse zeigen keine Probleme auf, so dass davon auszugehen ist, dass die IH noch dieses Jahr voll eingesetzt werden kann.
Abschließend kann man sagen, dass das Projekt erfolgreich realisiert wurde und das die Neuerungen aus dieser Arbeit Einzug in weitere Projekte finden werden.