Abstimmen und Regeln der Resonanzfrequenz an supraleitenden CH-Strukturen

  • Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden die bei den Kalttests der supraleitenden 360 MHz CH-Prototypkavität gewonnenen Messergebnisse sowie das Prinzip der Hochfrequenzmessung an supraleitenden Resonatoren vorgestellt. Zudem wurde bei dem Aufbau eines eigens für diese Messungen optimierten horizontalen Kryostaten mitgearbeitet. Die wesentlichen Elemente des Kryostaten wurden dargestellt und das Kaltfahren des gesamten Kryosystems erläutert. Das am IAP erarbeitete Tuningkonzept, bei dem ein langsamer, kettenbetriebener Tuner für den Ausgleich statischer Frequenzänderungen und zusätzlich drei Piezotuner zur Kompensation schneller Frequenzschwankungen eingesetzt werden, konnte aufgrund der zu groÿen Schwankungen der Resonanzfrequenz, die durch die stetige Befüllung des Kryostaten mit Helium hervorgerufen wurde, nur bedingt getestet werden. Dennoch konnte gezeigt werden, dass der Piezotuner die Frequenz der Kavität für kurze Zeit konstant hält und der langsame, mechanische Tuner einen Frequenzhub von 400 kHz erreichen kann. Für weitere Kalttests der CH-Struktur im horizontalen Kryostaten werden zur Zeit sowohl das Regelsystem für die schnellen Piezotuner als auch die Motorsteuerung des mechanischen Tuners optimiert. In einem weiteren Arbeitsschritt wurden mit Hilfe der Simulationssoftware ANSYS Rechnungen zur Geometrieoptimierung des neuen dynamischen Balguners für zukünftige supraleitende CH-Strukturen durchgeführt. Das Hauptaugenmerk der Optimierung lag hierbei auf der Reduktion der auftretenden Materialspannungen bei einem vorgesehenen Hub von ca. ± mm, der durch eine äuÿere Belastung hervorgerufen wird. Dabei wurden verschiedene geometrische Gröÿen variiert und die optimalen Parameter gefunden. Zudem wurde eine Modalanalyse durchgeführt, um zu verhindern, dass die mechanischen Eigenfrequenzen des Balgtuners in den Betriebsbereich des Piezotuners, der letztlich für den Antrieb der dynamischen Balgtuner vorgesehen ist, fallen. Die nach sämtlichen Simulationsschritten berechnete und final vorgesehene Tunergeometrie und deren Parameter, die bezüglich des auftretenden von-Mises-Stresses optimiert wurden, sind in Abbildung bzw. Tabelle 9.1 dargestellt. Desweiteren wurden mit Hilfe des Simulationsprogramms CST MicroWave Studio Untersuchungen zu Multipacting durchgeführt. Aufgrund der problematischen Spannungswerte im oberen Gap des Tuners müssen in weiteren Arbeitsschritten zusätzliche Simulationsrechnungen durchgeführt werden, um die Gefahr von Multipacting zu verhindern. Um die strukturmechanischen Simulationsergebnisse und deren Genauigkeit zu validieren, wurde zu Testzwecken ein Balgtunerprototyp bestehend aus eineinhalb Zellen von der Firma RI in Bergisch Gladbach gefertigt. Messungen der maximalen Auslenkung zeigten zwischen simulierten und gemessenen Werten eine Diskrepanz von einem Faktor von ungefähr 3. Für weitere Testzwecke soll ein weiterer Balgtunerprototyp bestehend aus 6 Zellen nach den simulierten Parametern angefertigt und später sowohl bei Raumtemperatur als auch unter kryogenen Bedingungen auf dessen Auslenkung getestet werden.

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Metadaten
Author:Michael Amberg
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-365134
URL:http://linac.physik.uni-frankfurt.de/publikationen/diplom-amberg.pdf
Place of publication:Frankfurt am Main
Advisor:Holger Podlech
Document Type:diplomthesis
Language:German
Year of Completion:2010
Year of first Publication:2010
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Release Date:2016/08/30
Page Number:93
Last Page:89
Note:
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HeBIS-PPN:386545936
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
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