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Kai-Uwe Kühnel

• Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Entwicklung und der Aufbau einer neuartigen Fingerdriftröhren-Struktur als Teil des neuen Vorbeschleunigers COSY-SCL am Kernforschungszentrum in Jülich. In dieser Arbeit wird die Entwicklung der Spiralresonatoren beschrieben, die als Nachbeschleuniger direkt hinter den RFQs zum Einsatz kommen sollen. Als mögliche Option zur Verbesserung der Strahlqualität wurden Fingerdriftröhren vorgeschlagen. Mit Hilfe dieser Struktur ist es möglich, mit geringer zusätzlicher Leistung eine Fokussierung des Ionenstrahls in der beschleunigenden Struktur zu erreichen. Dies war bisher nur bei niedrigen Energien mit der RFQ-Struktur möglich. Bei höheren Energien ist man stets auf magnetische Quadrupollinsen angewiesen. Dies führt jedoch gerade in einem Geschwindigkeitsbereich bis ca. 10 % der Lichtgeschwindigkeit zu Problemen, da die zur Verfügung stehenden Abmessungen zu gering sind. Nachdem zunächst das COSY-SCL Projekt vorgestellt wurde und die grundlegende Theorie für RFQ und Driftröhrenbeschleuniger behandelt wurde, wurden in Kapitel 5 Rechnungen zur Strahldynamik mit dem Programm RFQSIM vorgestellt. Aufgrund der hohen benötigten Gesamtspannung fiel die Entscheidung, einen Vierspaltresonator mit einer geerdeten Mitteldriftröhre aufzubauen. Durch diese Veränderung wurde es möglich, die Feldstärken in den einzelnen Spalten gleichmäßiger zu verteilen und niedriger zu halten, und die benötigte Verlustleistung zu minimieren. Die Teilchendynamik in einem Beschleunigungsspalt mit Fingerelektroden wurde mit einem neuen Transportmodul in RFQSIM untersucht, das den Transport geladener Teilchen durch beliebige dreidimensionale Elektrodenkonfiguration ermöglicht. Mit Hilfe der Fingerdriftröhren ist es möglich, die transversale Ausdehnung des Strahls am Ausgang des Nachbeschleunigers zu verringern und die Anpassung an einen folgenden Beschleuniger zu vereinfachen, ohne das große Einbußen bezüglich der Effektivität der Beschleunigung in Kauf genommen werden müssen. Um die HF Eigenschaften der beiden Beschleunigerstrukturen zu vergleichen, wurden sie mit dem MWS Programm numerisch berechnet. Um genauere Aussagen über die Eigenschaften des elektrischen Feldes zu machen, wurde eine Multipolanalyse der Felder durchgeführt. Damit lässt sich eine Aussage über die Stärke der Fokussierung und mögliche Feldfehler machen. Dabei zeigte sich, dass die auftretenden Feldfehler vernachlässigbar klein sind und sogar störende Effekte unterdrückt werden. Abschließend wurde der Aufbau des Resonators und den daran durchgeführten Messungen auf Meßsenderniveau behandelt. Resultat dieser Untersuchungen ist eine Struktur, die sehr gut und effektiv als Nachbeschleuniger hinter dem RFQ für COSY-SCL eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz der Fingerdriftröhren kann mit einer einzelnen Struktur sowohl die Aufgabe der Beschleunigung als auch der Fokussierung bei mittleren Teilchenenergien bewältigt werden. Der neue fokussierende Spiralresonator entspricht in seinen Eigenschaften einer RFQ-Struktur für höhere Teilchengeschwindigkeiten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, wie attraktiv eine solche Lösung mit Fingerdriftröhren ist. Deshalb ist geplant, in einem nächsten Schritt Strahltests durchzuführen, da die beschriebene Driftröhrenstruktur mit ihren Eigenschaften sehr gut für die Beschleunigung von Ionen in dem Geschwindigkeitsbereich zwischen RFQ- und IH Struktur geeignet ist und ein Einsatz z.B. in dem FLAIR Projekt möglich wäre.