B - Injektor Linacs

Injektor LINACs

Um Anforderungen an die Strahlqualität durch Experimente gewährleisten und sehr hohen Strahlstrom am Interaktionspunkt bereitstellen zu können, müssen dem Niederenergie-Strahltransport sowie den ersten Stufen der Beschleunigung in Injektor-Linacs – von Beschleunigern im Allgemeinen und ERLs im Besonderen – große Aufmerksamkeit beigemessen werden. Das AccelencE-Projektgebiet B beinhaltet verschiedene Studien zu für dieses Thema relevanten Faktoren wie Raumladungseffekte, Verschlechterung der Strahlqualität durch Moden höherer Ordnung, β-Abstufung und neuartige Materialien für Kavitäten.

Teilprojekte

  • Designstudie von β-gradierten SRF-Kavitäten für den Injektor des S-DALINAC

    Design study of β-graded SRF cavities for the S-DALINAC injector

    Das aktuelle Setup der Einfangstruktur des Injektors am S-DALINAC ist einer der Hauptgründe für die Verbreiterung der longitudinalen Energieverteilung des Strahls. Die vorhandene 5-zellige supraleitende Hochfrequenz-Kavität (SRF cavity) mit β = 1 muss deshalb ersetzt werden. Dafür wird im Rahmen dieses Projekts ein 6-zelliges Design einer SRF-Struktur mit reduziertem β entwickelt, welches die Beschleunigung eines niederenergetischen Elektronenstrahls von 200 keV auf 1,5 MeV mit minimierter longitudinaler Energieverteilung durch moderate elektrische Felder auf der zentralen Achse der Kavität ermöglicht. Die entworfene Kavität kann mit der vorhandenen Infrastruktur am S-DALINAC, i.e. dem existierenden Kryostatmodul und dem aktuellen HF-Regelsystem, betrieben werden.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Dmitry Bazyl

    Betreuer/innen: Prof. Dr. Herbert De Gersem, Prof. Dr. Joachim Enders

  • Niderenergie-Strahlführung von MESA (Match)

    Low-energy beam transport system for MESA (match)

    Ein wichtiger Teil des neuen Beschleunigers MESA (Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator) ist das Niederenergie-Strahltransportsystem, das die 100 keV Quelle mit dem Injektor verbindet. Das aktuelle Setup beinhaltet das Chopper- und das Bunchersystem. Diese Systeme sind sehr wichtig um die Bunche longitudinal zu fokussieren. Insbesondere bei höheren Bunchladungen müssen hier auf die Raumladungseffekte berücksichtigt werden. Mit dem Choppersystem ist es auch möglich die longitudinale Dimension des Strahls zu messen. Zusätzlich dazu wird nach dem Bunchersystem mit Smith-Purcell-Strahlung die longitudinale Ausdehnung bestimmt. Das endgültige Layout wird nach Vergleich von Messungen und Simulationen dieser Strahlführung festgelegt. Dabei liegt der Fokus auf den Hochstromtransport, der für den ERL Betrieb notwendig ist, aber auch der Transport von kleinen Strömen mit spinpolarisierten Elektronen darf nicht vernachlässigt werden.

    Bearbeiter/in: Dipl.-Phys. Christoph Matejcek

    Betreuer/in: Dr. Robert Heine

  • Installation und Inbetriebnahme der verbesserten Einfangssektion des S-DALINAC Injektors

    Installation and comissioning of the improved capture section for the S-DALINAC injector

    Um die Installation der neuen supraleitenden Einfangsstruktur, welche im Rahmen des Projekts von D. Bazyl entwickelt wird, durchzuführen, muss das erste Modul des supraleitenden Injektors des S-DALINAC modifiziert werden. Um das Modul für den Umbau vorzubereiten, müssen der Tuner-Rahmen und andere umliegende Teile an die neue Geometrie der Einfangsstruktur angepasst werden. Des weiteren ist ein Diagnose-Aufbau am Ende der normalleitenden Sektion des Injektors geplant, um die Strahlparameter der thermionischen Quelle detailliert untersuchen zu können. Die Eigenschaften des gebunchten Elektronenstrahls sind für die erfolgreiche Inbetriebnahme der neuen Einfagsstruktur von großer Bedeutung. Dieses Projekt beinhaltet die Vorbereitung, Installation und Inbetriebnahme der weiterentwickelten Injektor-Sektion und von der dazugehörigen Strahldiagnose mit dem Ziel, die Strahlqualität am S-DALINAC zu optimieren.

    Aktuell wird eine Einfangsstruktur mit β = 0,86 bei Research Instruments (RI) im Bau, welche aus Landesmitteln finanziert wird.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Simon Weih

    Betreuer/innen: Prof. Dr. Joachim Enders, Prof. Dr. Dr. h.c. Norbert Pietralla

  • Charakterisierung von Oberflächen neuer Materialien für Beschleuniger-Kavitäten (Match)

    Surface characterization of novel materials for accelerator cavities (match)

    Niob ist das Standard-Material für supraleitende RF-Kavitäten (SRF-Kavitäten). Supraleitende materialien mit höherer kritischer Temperatur oder höherem kritischem Magnetfeld ermöglichen das Betreiben von Kavitäten bei höheren Betriebstemperaturen beziehungsweise höheren Beschleunigungsfeldern. Ein Ansatz auf der Suche nach neuen Materialien mit besseren Eigenschaften ist die Modifizierung von Bulk-Niob mittels Stickstoff-Dotierung. Im Nb-N Phasendiagramm besitzt die kubische δ-Phase die höchste kritische Temperatur (16 K). Bereits eine geringfügige Stickstoff-Dotierung der α-Nb-Phase führt zu höheren Güten.

    Nb-Proben werden am überarbeiteten UHV-Ofen des IKP Darmstadt mit Stickstoff dotiert und in der Abteilung für Materialwissenschaften bei der Gruppe für Dünne Schichten untersucht, um die beste Prozedur zur Behandlung von Kavitäten auszuwählen.

    Bearbeiter/in: Dr. Marton Major

    Betreuer/in: Prof. Dr. Lambert Alff