TY  - THES
A1  - Lakatos, Andreas
T1  - Extraktion und Transport von Strahlen aus negativen Wasserstoffionen
T1  - Extraction and transport  of negative ion beams
N2  - Bei den Projekten wie der Europäischen und der Amerikanischen Spallationsneutronenquelle aber auch den geplanten aktuellen Großprojekten wie dem Upgrade von CERN oder ISIS werden negative Ionen benötigt. Bei solchen Anlagen werden am Ende des üblichen linearen Beschleunigers Speicherringe eingesetzt, die den Teilchenstrom akkumulieren und danach longitudinal komprimieren. Durch die Verwendung eines Strahls aus negativen Ionen kann die Injektion in den Speicherring wesentlich vereinfacht werden. In der vorliegenden Dissertation wurde die Extraktion und der Transport von negativen Wasserstoffionen für den ersten Abschnitt eines Linearbeschleunigers, bestehend aus Quelle, Extraktion und niederenergetischem Strahltransport (LEBT), sowohl experimentell als auch theoretisch untersucht. In dieser Sektion wird der grundlegende Strahlstrom und die Strahlqualität eines Linearbeschleunigers definiert. Eine komplette Untersuchung dieses Abschnitts lag bis dato für negative Ionen nicht vor. Um die Unterschiede aufzudecken und die einflußnehmenden Größen zu bewerten, mußten alle Experimente sowohl mit positiven als auch mit negativen Ionen durchgeführt werden. In allen Sektionen führen verschiedene Faktoren zu Strahlstromverlusten und Qualitätsverschlechterung, sprich Emittanzvergrößerung. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Quelle für negative Ionen entwickelt und gebaut und eine neue Methode zur Produktionssteigerung von negativen Ionen entwickelt. Die Innenwand der Plasmakammer der Ionenquelle wurde mit dem Edelmetallkatalysator Platin beschichtet. Die Plasmazusammensetzung innerhalb der Quelle verlagerte sich dadurch auf 80–90% H3 , 5-10% H2 und nur noch ein geringer Anteil an Protonen. Dieser hohe molekulare Anteil war über eine große Spanne aller Plasmaparameter stabil und führt zu einer drastischen Produktionssteigerung von angeregtem H2 und H- . Zur Formierung des Ionenstrahls wurde von mir ein sogenannter stromtoleranten Extraktor entwickelt. Trotz einer Veränderung des extrahierten Stroms um den Faktor 5 kommt es mit diesem Extraktor zu keinem nennenswerten Emittanzwachstum. Dieser eignet sich allgemein für die Extraktion gepulster Ionenstrahlen, im Besonderen aber für die Extraktion von negativen Ionen, da hierbei gleichzeitig Elektronen mit extrahiert werden. Dieser meist hohe Strahlanteil aus hochenergetischen Elektronen muß vor dem Einschuß der negativen Ionen in den RFQ durch ein geeignetes System aus dem Strahl ausgelenkt und abgeführt werden. Grundlagen, Entwicklung und Einflüsse dieser sogenannten Dumpingsysteme werden in Kap. 5 beschrieben. Für die Realisierung einer Niederenergietransportstrecke für negative Ionen stehen die beiden Möglichkeiten des magnetischen LEBT (Kap. 6) und des elektrostatischen LEBT (Kap. 7) zu Verfügung. Mit verschiedenen Meßaufbauten werden im anschließenden Kap. 8 die in den vorigen Kapiteln aufgeführten relevanten Größen der Erzeugung, der Extraktion und des Transport experimentell untersucht. Zusätzlich zu den bekannten klassischen Analyseverfahren kommen im Rahmen dieser Arbeit entwickelte optische Meßmethoden zum Einsatz, mit deren Hilfe man Plasmatemperatur und Plasmaverteilung innerhalb der Ionenquelle bestimmen kann. Mit Hilfe der Untersuchungen gelang es, die Unterschiede zwischen der Extraktion von negativen Ionen und von positiven Ionen aufzuzeigen und mit Hilfe der experimentellen Beobachtungen ein neues Modell für die Extraktion von negativen Ionen zu entwickeln. Mit der vorliegenden Arbeit wurde zudem gezeigt: - Der extrahierbare negative Strom ist hauptsächlich abhängig vom Diffusionsprozeß der Teilchen durch einen positiven Potentialwall innerhalb der Ionenquelle. - Durch Kompensation der magnetischen Felder in der Extraktionsregion wird die Emittanz reduziert und der Strom gesteigert. - Der beobachtete planare Plasmameniskus wird maßgeblich durch die rückfließenden Restgasionen beeinflußt. - Der Transport der negativen Ionen mit einer magnetischen LEBT stellt kein wesentliches Problem dar, da eine hinreichende Anzahl an positiven Restgasionen für den raumladungs-kompensierten Transport vorliegt.
KW  - Ionenquelle
KW  - Strahlextraktion
KW  - Extraktion
KW  - Ionentransport
KW  - Ionentemperatur
KW  - Ionenstrahl
KW  - Ionenoptik
KW  - Ionenfokussierung
KW  - Ionenbeschleuniger
KW  - negative Ionen
KW  - Dumpingsystem
KW  - Extraktor
KW  - Katalysator
KW  - Niederenergetischer Strahltransport
KW  - negative Wasserstoffionen
Y1  - 2004
UR  - http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/4110
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hebis:30-13690
ER  -