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Untersuchungen zu mikrowellenfokussierenden Beschleunigerstrukturen für zukünftige lineare Collider
(1993)
Zur Erforschung immer kleinerer Strukturen der Materie benötigt die Elementarteilchenphysik Teilchenstrahlen höchster Energie. Gegenwärtig sind das Higgs-Boson und das Top-Quarks‘ die Objekte des größten physikalischen Interesses. Das sog. “Top” ist das sechste und bisher noch nicht nachgewiesene Mitglied der Quark-Familie. Seine Masse wird unterhalb von etwa 180GeV vermutet. Das Higgs-Boson spielt im sog. Standardmodell der Elementarteilchen eine wichtige Rolle. Seine Masse wird ebenfalls im Bereich zwischen 100 und 200GeV vermutet. Es gibt eine gute Chance, das Top am Protonen- Antiprotonen-Beschleuniger TEVATRON des Fermilab in Chicago nachzuweisen. Seine physikalischen Eigenschaften lassen sich aber erst an zukünfligen Beschleunigem mit höherer Energie bestimmen. Gegenwärtig werden daher mehrere verschiedene Beschleunigerkonzepte erwogen oder sind bereits in Planung bzw. im Bau. Das Spektrum reicht dabei von Protonen-Antiprotonen- bis zu Elektronen-Positronen-Maschinen. Ein vielversprechender Ansatz zur Erzeugung der benötigten Teilchenenergien ist der lineare Elektronen-Positronen-Collider, im folgenden immer als linearer Collider bezeichnet. Das Verhältnis von Meßsignal zu Hintergrund ist bei e+-e-Kollisionen besser als bei Protonen-Kollisionen. Es entstehen keine Partonen, wodurch die zur Verfugung stehende Energie effektiver genutzt werden kann [ 11. Weiterhin ist der lineare Collider im Vergleich zu einer zirkularen Maschine gleicher Endenergie und Luminosität auf lange Sicht kostengünstiger, da keine zusätzliche Hf-Leistung zur Kompensation von Synchrotronstrahlungsverlusten nötig ist. Die für die Experimente erforderliche hohe Luminosität bedingt Teilchenstrahlen von niedrigster Emittanz und geringster Energieverschmierung sowohl innerhalb eines einzelnen Teilchenpaketes als auch zwischen den Bunchen selbst [2]. Zur Erhaltung der Strahlqualität über die volle Lange des Beschleunigers ist es deshalb notwendig, ein akkurates Strahlführungssystem zu entwickeln, das es gestattet, auftretenden Strahlinstabilitäten wirksam zu begegnen. Grund der Instabilitäten sind elektromagnetische Felder, sogenannte Wake- oder Kielwellenfelder, die die Teilchen bei der Durchquerung des Beschleunigers selbst anfachen. Die Teilchenpakete werden dadurch radial von der Achse abgelenkt, sie werden verformt und erfahren eine Impulsverschmierung. Transversale Einzelbunch-Instabilitäten (SBBU, Single Bunch Beam Breakup) kann man durch die Einführung einer Energieverschmierung innerhalb eines Teilchenpakets bekämpfen; in Verbindung mit einer äußeren Strahlführung erreicht man eine Bedämpfung der Instabilität [3]. Als Alternative oder Ergänzung zu äußeren Fokussierungsmaßnahmen erscheint es deshalb interessant, inwieweit man durch geeignete Modifikationen an den Beschleunigerstrukturen die Hochfrequenzfelder selbst zur Erzeugung der benötigten Fokussierung heranziehen kann. Da es sehr schwierig ist, die für das Experiment geforderte Luminosität mit einem einzelnen Bunch zu erzeugen, muß man mehrere Teilchenpakete in kurzem Abstand durch den Beschleuniger schicken. Jetzt erfährt aber jeder Bunch die aufsummierten Wakefelder der ihm vorausfliegenden Teilchenpakete. Um zu verhindern, daß die transversale Strahlablage inakzeptabel groß wird, müssen Maßnahmen zur Kontrolle dieser Vielteilchen-Instabilitäten (MBBU, Multibunch Beam Breakup) getroffen werden. Das bedeutet, die Güten dieser als Long-Range-Wakes bezeichneten Störmoden müssen, je nach Collider, durch konstruktive Maßnahmen auf Werte in der Größenordnung von zehn abgesenkt werden. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit theoretischen Anwendungsmöglichkeiten von hochfrequenzfokussierenden Beschleunigerstrukturen in linearen Collidem bei Einzel- und Multibunch-Betrieb. In Kap. 2 wird eine kurze Einführung in die Problematik von Höchstenergiebeschleunigem gegeben. Anschließend werden in Kap. 3 Irisstrukturen und ihre Kenngrößen behandelt. Kap. 4 gibt eine Einführung in das Wakefeld-Konzept. Es wird untersucht, welche Resonatormoden für den Strahl gefährlich sind; die Wakepotentiale werden mit Resonatorkenngrößen in Verbindung gebracht. In Kap. 5 schließt sich eine Betrachtung zum SBBU an. Es wird untersucht, inwieweit Irisstrukturen und Rechteckblendenstrukturen (MWQ-Strukturen) zur direkten Hochfrequenzfokussierung eingesetzt werden können. Die Eigenschaften einer MWQ-Struktur werden vermessen und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Beispiele fiir hypothetische Collider in verschiedenen Frequenzbereichen werden diskutiert. Im anschließenden Kap. 6 wird der Mechanismus des MBBU erläutert und Möglichkeiten zur Bedämpfung insbesondere von MWQ-Strukturen im Multibunch-Betrieb untersucht. Meßergebnisse an Modellstrukturen werden vorgestellt und am Beispiel von einem S- und X-Band- Collider diskutiert.
In dieser Studie wurden die Veränderungen der Fibrinolyse während der Geburt bei insgesamt 84 Gebärenden untersucht. Gemessen wurden die Konzentrationen des Plasminogen-Aktivator-Inhibitors, alpha-2-Antiplasmins und Plasminogens mit Hilfe von photometrischen Tests mit chromogenem Substrat kurz vor Geburt, direkt nach Geburt des Kindes, 30 und 90 Minuten nach Lösung der Plazenta bei 41 Spontangebärenden und 43 Sectiopatientinnen. 30 Frauen erhielten kurz vor der Geburt eine Kurzinfusion von einer Millionen KIE Aprotinin (Trasylol®), darunter 15 Spontangebärende und 15 Sectiopatientinnen. Sowohl bei den Spontangebärenden als auch bei den Sectiopatientinnen ohne Gabe von Aprotinin war ein offensichtlicher Abfall der PAI-Konzentrationen nach Geburt zu beobachten, die Konzentrationen für alpha-2-Antiplasmin und Plasminogen blieben im gemessenen Zeitraum unverändert. Nach Gabe von Aprotinin dagegen stieg die PAI-Aktivität sowohl bei den Spontangebärenden als auch bei den Sectiopatientinnen nach Geburt leicht an und fiel dann - im Vergleich zu den Patientinnen ohne Verabreichung von Aprotinin - langsamer und schwächer ab. alpha-2-Antiplasmin stieg bei den mit Aprotinin behandelten Patientinnen nach Geburt an und fiel dann wieder bis auf den Ausgangswert ab, die Plasminogenkonzentrationen blieben im gemessenen Zeitraum weitgehend unverändert. Signifikante Unterschiede zwischen Spontangebärenden und Sectiopatientinnen gab es für alle drei Parameter nicht. Die Veränderungen der Faktoren sprechen für eine erhöhte fibrinolytische Aktivität nach Geburt, die als Reaktion auf die gesteigerte Gerinnung zum gleichen Zeitpunkt zu werten ist. Die Verminderung des Plasminogen-Aktivator-Inhibitors versteht sich als reaktiver Verbrauch durch die bei gesteigerter Gerinnung und folgender Fibrinolyse einsetzende "Anti-Fibrinolyse" durch die entsprechenden Hemmfaktoren. Die Veränderungen des PAI und des alpha-2-Antiplasmin unter Aprotinin sind am ehesten als geringere Beanspruchung des fibrinolytischen Systems zu interpretieren. Abschließend läßt sich aus den Beobachtungen ableiten, daß sich der durch die Plazentalösung ausgelöste Verbrauch von Gerinnungs- und Fibrinolysefaktoren durch die Gabe von Aprotinin reduzieren läßt, ein gerade bei intrapartalen Gerinnungsstörungen erwünschter Effekt.