D - Strahldynamik

Strahldynamik

Die in ERLs angestrebten hohen Strahlströme stellen zusammen mit dem rezirkulierenden Design der Strahlführung hohe Anforderungen an die Planung der Strahldynamik in derartigen Beschleunigern. In einem ERL können Raumladungseffekte beider Injektion und während der Abbremsung eine wichtige Rolle spielen. Dies kann in Kombination mit anderen Effekten wie einem internen Target zur Entstehenung eines Strahlhalos führen. Ein solches Halo muss an bestimmten Positionen kollimiert werden, da die Halo-Teilchen sonst durch Energiedeposition in den supraleitenden Beschleunigungsstrukturen einen Verlust der Supraleitung verursachen können. Zusätzlich können so genannte Wake-Fields Instabilitäten, die zum Strahlzerfall führen, verursachen, welche bei niedrigeren Energien durch Raumladungseffekte verändert werden können. Das Projektgebiet D von AccelencE konzentriert sich einerseits auf die Etablierung eines stabilen ERL-Betriebs am S-DALINAC und beschäftigt sich andererseits mit Strahl-Instabilitäten sowie hochmodernen Simulationsmethoden.

Teilprojekte

  • Strahldynamik und -diagnose am Energie-rückgewinnenden S-DALINAC

    Beam Diagnostics at the Energy-Recovering S-DALINAC

    Dieses Projekt verbindet Untersuchungen der Strahldynamik des S-DALINAC mit neuer Strahldiagnose, die zur Verifizierung von Simulationen benötigt wird. Die Studien zur Strahldynamik beinhalten Simulationen der Strahlführung, welche zur Bestimmung geeigneter Voreinstellungen des Beschleunigers genutzt werden. Weiterhin wird das Phänomen des transversalen Beam Breakup untersucht, um die Abhängigkeit des maximal möglichen Strahlstroms von Strahlenergie und Operationsmodus nachzuvollziehen. Durch den Einbau von mehreren OTR-basierten Strahlemittanz-Messstationen wird die vorhandene Strahldiagnose erweitert, was unter anderem geeignete Startbedingungen für Strahldynamik-Simulationen sowie eine korrekte Beschreibung der Strahlführung gewährleistet.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Jonas Pforr

    Betreuer/innen: Prof. Dr. Dr. h.c. Norbert Pietralla, JProf. Dr. Florian Hug

  • Entwicklung einer ERL-Strahldiagnose und Untersuchungen zur Stabilität des ERL-Betriebs am S-DALINAC (Match)

    Development of an ERL beam diagnosis and studies on the stability of ERL operation at the S-DALINAC (match)

    Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines 6 GHz HF-Strahlpositionsmonitors für den mehrfach rezirkulierten ERL-Betrieb. Dieser Monitor soll die gleichzeitige Positionsmessung sowohl des beschleunigten als auch desabgebremsten Strahls ermöglichen. Des weiteren werden durch Simulationen der transversalen und longitudinalen Strahldynamik Studien bezüglich der Stabilität und Toleranzen der Magnetfelder und des HF-Kontrollsystems durchgeführt.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Manuel Dutine

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

  • Wakefield-Simulationen mit extrem kurzen Elektronenbunchen für zukünftige FELs (Match)

    Wakefield simulations with extremely short electron bunches for future free electron lasers (match)

    Bearbeiter/in: Dr. David Bizzozero

    Betreuer/in: Prof. Dr.-Ing. Thomas Weiland

  • Inbetriebnahme des mehrfach rezirkulierenden ERL-Modus am S-DALINAC und Untersuchungen zu hoher Energieauflösung und hohem Strahlstrom im ERL-Betrieb (Match)

    Initial operation of the multi-turn ERL-Mode at the S-DALINAC and investigations on high energy resolution and high beam current during ERL operation (match)

    Der supraleitende, rezirkulierende Elektronenbeschleuniger S-DALINAC an der TU Darmstadt kann als Energy Recovery Linac (ERL) betrieben werden. Um ihn in einem zweifach rezirkulierenden ERL-Modus betreiben zu können, werden umfangreiche 6D-Strahldynamiksimulationen durchgeführt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Optimierung des longitudinalen Phasenraums und der Bereitstellung einer geringen Energieunschärfe an einem beabsichtigten Wechselwirkungspunkt. Um diese Energieunschärfe während des Betriebs messen zu können, wird ein auf Dispersion basierendes Strahldiagnoseelement gebaut. Zusätzlich werden Untersuchungen durchgeführt, um einen hohen Strahlstrom im ERL-Modus zu erreichen.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Felix Schließmann

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

  • Strategien zur Vermeidung von transversalem Strahlzerfall in rezirkulierenden Elektronenbeschleunigern (Match)

    Strategies for avoiding transverse beam break-up in recirculating electron accelerators (match)

    Bearbeiter/in: M.Sc. Ruben Grewe

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

  • Untersuchung von Raumladungseffekten und Microbunching-Instabilität am MESA

    Study of Space Charge Effects and Microbunching Instability in MESA

    Untersuchungen von Raumladungseffekten und Microbunching-Instabilitäten (MBI) sind wichtig für mehrfach rezirkulierende Niederenergie-Beschleuniger wie MESA, die Elektronenbunche mit hohem Strahlstrom und hoher Brillanz besitzen. Bei solchen Bunchen kann sich beim Durchlaufen von Ablenkmagneten, wie z.B. in den Bögen der Rezirkulationen eines ERLs, der Strahlphasenraum verschlechtern, da durch Raumladungseffekte die transversale Dynamik in dispersiven Regionen entlang der Strahlführung beeinflusst wird, wodurch die Emittanz für falsch angepasste Strahlen vergrößert wird. Longitudinale Raumladungseffekte können in Kombination mit Dispersion eine Verstärkung des anfänglichen Shottky-Rauschens entlang der Strahlführung verursachen, was auch als MBI bekannt ist.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Aamna Khan

    Betreuer/innen: Prof. Dr. Oliver Boine-Frankenheim, Prof. Dr. Kurt Aulenbacher

  • Strahldynamik und Kollimation hinter MAGIX am MESA

    Beam dynamics and collimation following MAGIX at MESA

    Das MESA Internal Gas Target Experiment (MAGIX) ist das zur Zeit in Entwicklung befindliche interne Target an MESA.

    Bei Energien von bis zu 105 MeV und 1 mA c.w. Strahlstrom im Energy Recovery Modus ermöglicht es Präzisionsmessungen auf der Suche nach dunklen Photonen, zur Untersuchung des Proton-Formfaktors und des astrophysikalischen S-Faktors.

    Durch Aufstreuung des Elektronenstrahls am Target entsteht ein Strahlhalo und Strahlverluste treten in den nachfolgenden Beschleunigersektionen auf.

    Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von Auswirkungen der Strahl-Target-Interaktion auf den Strahl und das Verhalten des Halo während des Transportes zum folgenden Linac-Modul.

    Darüber hinaus werden Aspekte der Maschinensicherheit durch Strahlverluste und darauffolgend entstehende ionisierende Strahlung mit einbezogen.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Ben Ledroit

    Betreuer/in: Prof. Dr. Kurt Aulenbacher

  • Strahldynamisches Verhalten der MESA SRF-Strukturen im rezirkulierenden Modus

    Beam dynamical behaviour of the MESA SRF-Structures under recirculating operation

    Eine potentielle Begrenzung des maximalen Strahlstroms für MESA stellt der transverale Strahlzerfall (BBU) dar, welcher durch Dipolmoden höherer Ordnung (HOMs) verursacht wird. Diese Moden können von Bunchen angeregt werden, welche die Kavitäten versetzt zur idealen Strahlachse passieren. Nachfolgende Bunche werden dann durch die HOMs abgelenkt, was zu einem noch größeren Versatz zur Idealachse führt. Diese Rückkopplung kann im schlimmsten Fall zum Strahlverlust führen. Dieses Projekt befasst sich mit Simulations-Studien der BBU-Grenzwerte für MESA und mit HOM-Messungen in den ultrakalten (2K) Kryomodulen.

    Bearbeiter/in: M.Sc. Christian Stoll

    Betreuer/innen: Dr. Robert Heine, JProf. Dr. Florian Hug