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In dieser Arbeit wird der Strahltransport in einer Niederenergietransportsektion (LEBT) untersucht. Die Untersuchungen werden für die Betriebsmodi der im Aufbau befindlichen Neutronenquelle FRANZ an der Frankfurter Goethe-Universität durchgeführt. Hierbei wird die Akzeptanz eines Choppersystems nach der ersten Sektion des Transportwegs sowie die Akzeptanz des auf die zweite Sektion folgenden RFQ betrachtet und bestmöglich erfüllt. Die Auswirkungen durch die Raumladungswirkung des Ionenstrahls werden berücksichtigt, ebenso die mögliche thermische Belastung durch Strahlverlust an den Komponenten entlang des Strahlwegs. Weiterhin wird der Einfluss eines nicht optimierten Einschusses in den RFQ und die sich daraus ergebenden Strahleigenschaften am Ende des RFQs untersucht.
Nach dem einführenden Theorieteil werden in den darauffolgenden Kapiteln zuerst die Auslegung und die Vermessung der drei Tripletts an der GSI in Darmstadt beschrieben und dann versucht mit Hilfe von LORASR einen Akzeptanzrahmen der MEBT-Sektion (Medium Energy Beam Transport) für ein Teilchenpaket anzugeben. Anschließend werden die Ergebnisse aus Feldvermessung und CST EM STUDIO Feldsimulationen verglichen. Damit soll die Frage, inwieweit es mit Particle Tracking Simulationen, in denen mit in CST EM STUDIO simulierten und anschließend in BENDER importierten Feldern gearbeitet wird, möglich ist, zutreffende Aussagen zu machen, beantwortet werden. Im letzten Kapitel werden wiederum die Ergebnisse dieser Simulationen präsentiert und ihre Bedeutung, im Vergleich mit den erweiterten Untersuchungen der Transporteigenschaften durch verschiedene aus überlagerten Multipolfeldern generierten Magnetfelder, eingeordnet. Abschließend wird nochmals ein Fazit zur Aussagekraft der Ergebnisse und der Folgen für den Strahltransport gezogen und ein Ausblick auf die noch ausstehenden Schritte und weitere experimentelle Analyseoptionen gegeben.
In der LEBT-Sektion der Frankfurter Neutronenquelle am Stern-Gerlach-Zentrum (FRANZ) befinden sich zur transversalen Fokussierung des Ionenstrahls vier Solenoide. Die ersten beiden dienen dem Einschuss in das ExB-Choppersystem, die letzten beiden dem Einschuss in die erste Beschleunigerstruktur, den Radiofrequenzquadrupol (RFQ). In numerischen Transportsimulationen konnte gezeigt werden, dass insbesondere der erste Solenoid einen hohen Füllgrad aufweisen wird, was zu Strahlaberrationen und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Strahlemittanz führen kann.
Um diesen Effekt zu untersuchen, wurden die Fokussier- und Abbildungseigenschaften des ersten FRANZ-Solenoides analysiert. Analytische Rechnung unter Verwendung der Twissparametertransformation wurden durchgeführt, numerische Simulationen mit einem idealisiertem und einem realistischem Magnetfeldverlauf gemacht und 2 Messaufbauten mit einer Volumenquelle, dem Solenoid und einer Schlitz-Gitter-Emittanzmessanlage realisiert, um gemessene mit analytischen und numerischen Daten vergleichen zu können. Die Parameter, die ausgewertet und verglichen wurden, sind die Lage der Emittanzellipse, die Emittanz im x-x'-Phasenraum und die normierten vierten Momente (Wölbung) im Ortsraum.
Im Rahmen dieser Arbeit wird darauf eingegangen, welche Anpassungen erforderlich sind, um Protonendichten vergleichbar zu bereits erzeugten Elektronendichten in Gabor-Linsen zu erhalten. Zur Vorbereitung zukünftiger Experimente werden vergleichende Simulationen zum Einschluss der Ladungsträgerdichten durchgeführt und die Strahldynamik bei der Wechselwirkung eines positiven Ionenstrahls mit einem in einer Gabor-Linse eingeschlossenen Protonenplasma untersucht. Die Ergebnisse der Strahldynamiksimulationen werden mit theoretischen Berechnungen vertieft, in dem die Brennweite einer Gabor-Linse, die mit einer beliebigen Teilchensorte gefüllt ist, berechnet und die Drift-Masse eingeführt wird.
Eine weitere analytische Betrachtung ist die Erweiterung der Teilchendynamik in der Gabor-Linse auf beliebige Anfangsbedingungen, in dem die dazugehörige Differentialgleichung entkoppelt und ganz allgemein gelöst wird. Die daraus berechneten Trajektorien der Teilchen führen zu einem besseren Verständnis, das weitere Anwendungen erschließen könnte.
In dieser Arbeit wird der Strahltransport in einem CH-Driftröhrenbeschleuniger untersucht. Hierfür wurden numerische Simulationen zur elektromagnetischen Feldverteilung und dem strahldynamischen Einfluss der CH-Driftröhrenkavität durchgeführt. Sie fungiert als Prototyp für CH-Strukturen im Injektor des MYRRHA-Projekts, einem beschleunigergetriebenen System (ADS) zur Transmutation radioaktiven Abfalls. Zudem wird sie an der im Aufbau befindlichen Frankfurter Neutronenquelle am Stern-Gerlach-Zentrum (FRANZ) an der Goethe-Universität Frankfurt am Main experimentell mit Strahl getestet werden. FRANZ dient neben dem Einsatz als Experimentierfeld für neuartige Beschleuniger- und Strahldiagnostikkonzepte vor allem der Forschung im Bereich nuklearer Astrophysik.
As part of the research for this thesis, a momentum spectrometer was set up and initial measurements on accelerated ions were performed. For this purpose, the necessary hardware for the operation of the spectrometer and for high-precision measurements was were assembled. A control system for remote operation was developed and the spectrometer was installed at the used beamline.
There, measurements of low-energy ion beams in superposition with electrons confined in a Gabor lens can be carried out.
Investigations were made on both the Gabor lens-generated ions and the beam ions, leading to first results regarding the charge changes of beam ions during propagation through an electron atmosphere.
