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Mit dieser Arbeit konnte die Funktionsweise von gekoppelten Resonatoren erklärt werden. Das Verhalten von induktiv gekoppelten Beschleunigerkavitäten wurde näher studiert. Dabei wurde verstanden, wie sich Verstimmungen auf die Resonatoren auswirken und was zu tun ist um die Spannungsamplituden des gekoppelten Systems zu beeinflussen. Zudem wurden die Grundlagen für den gekoppelten Betrieb des FRANZ-Beschleunigers gelegt.
Mit dieser Arbeit wurde gezeigt, wie sich Störung und Kopplung auf ein System zwei gekoppelter Resonatoren auswirkt. Das Einfahren des Tauchkolbens birgt die Möglichkeit die Eigenfrequenzen des Systems zu verändern und die Feldverteilungen anzupassen. Ein Tauchkolben auf der anderen Seite des Resonators wäre für die Anschauung der Störung praktisch gewesen, hätte jedoch keine weiteren Erkenntnisse geliefert.
Es ist möglich mit zwei verschiedenen eingekoppelten Frequenzen eine Schwebung im Resonator zu erzeugen. Dies könnte theoretisch für eine Hochfrequenzstrahlablenkung nützlich sein. Mit einer speziell auf Strahlablenkung optimierten Resonatorgeometrie gilt es dies praktisch zu überprüfen.
As the successor of the EUROTRANS project, the MAX project is aiming to continue the R&D effects for a European Accelerator-Driven System and to bring the conceptual design to reality. The layout of the driver linac for MAX will follow the reference design made for the XT-ADS phase of the EUROTRANS project. For the injector part, new design strategies and approaches, e.g. half resonant frequency, half transition-energy between the RFQ and the CH-DTL, and using the 4-rod RFQ structure instead of the originally proposed 4-vane RFQ, have been conceived and studied to reach a more reliable CW operation at reduced costs. In this paper, the design and simulation results of the MAX injector are presented.
The MYRRHA Project (Multi Purpose Hybrid Reactor for High Tech Applications) at Mol/belgium will be a user facility with emphasis on research with neutron generated by a spallation source. One main aspect is the demonstration of nuclear waste technology using an accelerator driven system. A superconducting linac delivers a 4 mA, 600 MeV proton beam. The first accelerating section is covered by the 17 MeV injector. It consists of a proton source, an RFQ, two room temperature CH cavities and 4 superconducting CH-cavities. The initial design has used an RF frequency of 352 MHz. Recently the frequency of the injector has been set to 176 MHz. The main reason is the possible use of a 4-rod-RFQ with reduced power dissipation and energy, respectively. The status of the overall injector layout including cavity design is presented.
MYRRHA is conceived as an accelerator driven system (ADS) for transmutation of high level nuclear waste. The neutron source is created by coupling a proton accelerator of 600 MeV with a 4 mA proton beam, a spallation source and a sub-critical core. The IAP of Frankfurt University is responsible for the development of the 17 MeV injector operated at 176 MHz. The injector consists of a 1.5 MeV 4-Rod-RFQ and six CH-drifttube-structures. The first two CH-structures will be operated at room temperature and the other CH-structures are superconducting cavities assembled in one cryo-module. To achieve the extremely high reliability required by the ADS application, the design of the 17 MeV injector has been intensively studied, with respect to thermal issues, minimum peak fields and field distribution.
The Frankfurt Neutron Source at the Stern-Gerlach-Zentrum is driven by a 2 MeV proton linac consisting of a 4-rod-radio-frequency-quadrupol (RFQ) and an 8 gap IH-DTL structure. RFQ and IH cavity will be powered by only one radio frequency (RF) amplifier to reduce costs. The RF-amplifier of the RFQ-IH combination is coupled into the RFQ. Internal inductive coupling along the axis connects the RFQ with the IH cavity ensuring the required power transition as well as a fixed phase relation between the two structures. The main acceleration of 120 keV up to 2.03 MeV will be reached by the RFQ-IH combination with 175 MHz and at a total length of 2.3 m. The losses in the RFQ-IH combination are about 200 kW.
This novel kind of neutron beam facility will provide 1 ns short neutron pulses with an approximately thermal energy distribution around 30 keV. The pulse repetition rate will be up to 250 kHz, the total proton number per pulse will be up to 6×1010 in the final stage, starting with a p – source current of 200 mA. A second target station will allow n – activation experiments by cw beam operation. An intense 2 MeV proton beam will drive a neutron source by the 7 Li (p,n) 7 Be reaction. The facility is under construction at the physics experimental hall of the J.W. Goethe – University. The 1m thick concrete tunnel was installed in 2009. In 2011 all rf amplifiers will be delivered and installed. Successful 200 mA proton source experiments in 2010 at a test stand will be followed by experiments on the 120 kV FRANZ terminal in 2011. The 250 kHz, 100 ns chopper in front of the rf linac is under construction, while the 2 MeV bunch compressor design was finished and the technical design of all components has started. The main accelerator cavity is under construction. First 2 MeV beam tests are expected for end of 2012.
Das Strahldynamikdesign für den MYRRHA-Injektor wurde im Hinblick auf eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit, sowie eine verbesserte Strahlausgangsemittanz, neu entwickelt und erfüllt nun die Anforderungen des Kernreaktors.
In der statistischen Fehleranalyse zeigt sich die Strahldynamik der CH-Sektion als äußerst robust und liefert selbst unter pessimistischen Fehlerannahmen eine Transmission von über 99,9 %.
Das neue Injektorkonzept bietet wesentliche Vorteile gegenüber dem in „MAX Referenzdesign 2012“ vorgestellten Injektordesign und wird als neues „MAX Referenzdesign 2014“ für den MYRRHA-Injektor verwendet. Die guten strahldynamischen Eigenschaften des neuen Injektordesigns konnten in Vergleichsrechnungen mit TraceWin am IN2P3@CNRS1 (Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules @ Centre National de la Recherche Scientifique, Orsay, Frankreich) bestätigt werden.
Neben der Strahldynamik wurde das HF-Design für die benötigten Beschleunigerkavitäten entwickelt und ebenfalls für eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit optimiert. Das HF-Design der CH-Strukturen ist für eine größtmögliche Ausfallsicherheit auf den Betrieb mit niedrigen elektrischen Feldgradienten, weit unterhalb der technischen Leistungsgrenzen und Möglichkeiten der jeweiligen Kavität, ausgelegt.