Bevor der CH-Rebuncher f¨ur die Konditionierung zusammengebaut wurde und der sta-tische Tuner mit der Einkoppelschleife getauscht wurde, wurde eine St¨ork¨orpermessung durchgef¨uhrt. Durch die St¨ork¨orpermessung konnte die elektrische Feldverteilung in der CH-Struktur bestimmt werden. Die gemessene Feldverteilung wurde dann mit der simu-lierten Feldverteilung[14] verglichen:
Abbildung 4.1.: Vergleich der Verteilung des elektrischen Feldes von einer St¨ork¨ orper-messung mit einer Simulation
Die gemessene Feldverteilung ist gleichm¨aßiger als die aus der Simulation. Bei einem gleich großen Feld in den ¨außeren Beschleunigungsspalten bildet sich in den mittleren Beschleunigungsspalten im Vergleich zur Simulation ein schw¨acheres Feld aus. Umge-kehrt bildet sich in der gebauten Struktur bei gleich großem Feld in den mittleren Be-schleunigungsspalten ein gr¨oßeren Feld in den ¨außeren Beschleunigungsspalten als in der Simulation. Des Weiteren wurden Simulationen durchgef¨uhrt, in denen der Tuner und
die Einkoppelschleife miteinander getauscht wurden. Ein Vergleich der elektrischen Feld-verteilung zwischen der Simulation mit der getauschten Anordnung und der Simulation mit der urspr¨unglich angedachten Anordnung ergab nur geringe Unterschiede.
Ebenso wurden thermische Simulationen durchgef¨uhrt. Diese sagen bei einer Verlustleis-tung von 12 kW eine Erw¨armung an der Position des Außenf¨uhlers von ∼10◦C voraus.
Bei einer Verlustleistung von 5 kW sollen es ∼4,5◦C Erw¨armung sein. Gemessen wurde bei 12 kW Verlustleistung eine Erw¨armung um 7◦C und bei einer Verlustleistung von 5 kW eine Erw¨armung um 3,5◦C. Die thermischen Simulationen sagen eine zu große Erw¨armung voraus, scheinen diese aber dennoch mit einem Fehler von weniger als 30 % vorhersagen zu k¨onnen.
5. Fazit
Nach der Konditionierung betr¨agt der Druck in dem CH-Rebuncher ohne eingekoppelte Leistung ca. 3·10−8mbar. Wird die f¨ur den sp¨ateren Betrieb von FRANZ angedachte Leistung von 5 kW eingekoppelt stellt sich ein Druck von 9·10−8mbar ein. Weiterhin k¨onnen die HF-Parameter von Seite 24 durch gemessene Werte aktualisiert werden. Die folgenden Werte sind dabei als maximal m¨ogliche Werte zu verstehen:
HF-Parameter Wert
ResonanzfrequenzfR 175 MHz Unbelastete G¨uteQ0 12600 Effektive SpannungUeff 480 kV
Verlustleistung Pc 12 kW SpannungsgradientUeff/leff 1,7 MV/m
Tabelle 5.1.: Gemessene HF-Parameter
In die CH-Struktur konnten erfolgreich 12 kW an Leistung eingekoppelt werden, oh-ne sich dabei zu stark zu erw¨armen. Dadurch konnte ein Beschleunigungsgradient von 1,7 MV/m erzielt werden, welcher f¨ur 120 Stunden konstant aufrecht gehalten wurde.
Die CH-Struktur dient ebenso als Prototyp f¨ur das MYHRRA-Projekt. Die dort geplan-ten CH-Resonatoren sind mit einem maximalen Spannungsgradiengeplan-ten von 1,29 MV/m geplant.[7] Der Betrieb der in dieser Arbeit untersuchten CH-Struktur bei einem merk-bar h¨oheren Spannungsgradienten zeigt, dass die Anforderung des MYHRRA-Projektes an die CH-Struktur eingehalten und sogar ¨ubertroffen werden.
Diese Arbeit zeigt weiterhin, dass getroffen Absch¨atzungen ¨uber den Effekt des ther-mischen Frequenztunings, errechnet ¨uber Formel 2.36, im Rahmen der Messgenauigkeit sehr gut mit den Messungen ¨ubereinstimmen. Zudem werden f¨ur zuk¨unftige Arbeiten das Thema der Konditionierung betreffend folgende Verbesserungsvorschl¨age unterbreitet:
• Es empfiehlt sich den Zirkulator, sollte dieser nicht die gew¨unschte D¨ampfung vorweisen, bei anliegender Leistung zu kalibrieren.
• Der Wasserfluss in der K¨uhlung des Resonators sollte nach M¨oglichkeit gestoppt werden, sobald die eingekoppelte Leistung nicht langsam heruntergefahren wird.
Dadurch reduziert sich der mechanische Stress auf die Struktur und die Schweiß-n¨ahte.
Des Weiteren muss beim zuk¨unftigen Betrieb von FRANZ darauf geachtet werden, dass die Tuner-Regelung einen stabilen Arbeitspunkt bei der vorgegebenen Leistung findet.
Insgesamt wurde ¨uber ca. 600 Stunden hinweg Leistung in den CH-Rebuncher eingekop-pelt und dabei die Messdaten protokolliert. Z¨ahlt man ebenso die Stunden mit, die der Verst¨arker in St¨orung ging, bel¨auft sich die Messdauer auf ¨uber 1180 Stunden. ¨Uber ein in Python geschriebenes Skript wurden die Ausf¨alle der Leistung weggeschnitten und die 462 Stunden an Messdaten in einer Datei zusammengef¨uhrt, wobei die Daten mit angeschlossenem Zirkulator nicht angeh¨angt wurden. Die graphische Darstellung dieser Datei und noch weitere erg¨anzende Abbildungen sind in Anhang B Erg¨anzende Abbil-dungenzu finden.
Der n¨achste Schritt f¨ur die CH-Struktur des FRANZ-Projektes sind Untersuchungen in der Strahldynamik. Diese k¨onnen vorgenommen werden, sobald die Kopplung des RFQ mit der IH-Struktur erfolgreich abgeschlossen und der Ionenstrahl nach der IH-Struktur vermessen wurde.
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Abbildungsverzeichnis
1.1. Schematischer ¨Uberblick ¨uber den Aufbau des FRANZ-Projektes . . . 3
1.2. Konzept des FRANZ Bunch Kompressors . . . 4
2.1. TM010-Mode des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes . . . 8
2.2. Skizze einer IH-Struktur . . . 9
2.3. Skizze einer CH-Struktur . . . 10
2.4. ¨Ubersicht von H-Moden-Strukturen . . . 11
2.5. 3dB-Methode . . . 14
2.6. Funktionsprinzip eines Zirkulators . . . 19
2.7. Phasenraumbeziehungen . . . 23
3.1. Versuchsaufbau des thermischen Frequenztunings . . . 26
3.2. 1. Messung; zeitlicher Temperaturverlauf des Abk¨uhlvorgangs . . . 27
3.3. 2. Messung; zeitlicher Temperaturverlauf des Abk¨uhlvorgangs . . . 27
3.4. 1. Messung; Resonanzfrequenz in Abh¨angigkeit der gemessenen Tempera-tur des TemperaTempera-turf¨uhlers . . . 29
3.5. 2. Messung; Resonanzfrequenz in Abh¨angigkeit der gemessenen Tempera-tur des Deckels . . . 29
3.6. Flussdiagramm des Messaufbau . . . 31
3.7. Konditionierung bis 10 W . . . 33
3.8. Konditionierung bis 60 W . . . 34
3.9. L¨angere Konditionierung mit 60 W . . . 35
3.10. Konditionierung bis 500 W . . . 36
3.11. Konditionierung bis 1300 W . . . 37
3.12. Konditionierung bis 2000 W . . . 38
3.13. L¨angere Konditionierung mit 2000 W . . . 39
3.14. Konditionierung bis 3000 W . . . 40
3.15. Konditionierung bis 4000 W . . . 41
3.16. Konditionierung bis 5400 W . . . 42
3.17. Konditionierung bis 6000 W . . . 43
3.18. L¨angere Konditionierung mit 5000 W . . . 44
3.19. Konditionierung bis 7000 W . . . 45
3.20. Konditionierung bis 9000 W . . . 46
3.21. L¨angere Konditionierung mit 8000 W . . . 47
3.22. Konditionierung bis 11000 W . . . 48
3.23. L¨angere Konditionierung mit 9000 W . . . 49
3.24. L¨angere Konditionierung mit 11000 W . . . 50
3.25. H¨ohere Moden in der Vorw¨artsleistung . . . 51
3.26. H¨ohere Moden in der Reflexion . . . 52
3.27. Power sweep des Zirkulators . . . 53
3.28. Unterdr¨uckte h¨ohere Moden in der Vorw¨artsleistung nach Einbau des Zir-kulators . . . 54
3.29. Unterdr¨uckte h¨ohere Moden in der Reflexion nach Einbau des Zirkulators 55 3.30. 120-Stunden Test . . . 56
4.1. Vergleich der Verteilung des elektrischen Feldes von einer St¨ork¨ orpermes-sung mit einer Simulation . . . 57
B.1. Amplitudenbegrenzer und dessen einzelne Bauteile . . . 66
B.2. Tuner-Regel-System . . . 66
B.3. Messaufbau der elektronischen Regelung . . . 67
B.4. Aufbau des CH-Rebunchers . . . 68
B.5. 462 Stunden an eingekoppelter Leistung - Teil 1 . . . 69
B.6. 462 Stunden an eingekoppelter Leistung - Teil 2 . . . 70
B.7. 462 Stunden an eingekoppelter Leistung - Teil 3 . . . 71
B.8. 462 Stunden an eingekoppelter Leistung - Teil 4 . . . 72
A. Danksagung
Zun¨achst danke ich besonders Prof. Dr. Holger Podlech f¨ur das Erm¨oglichen der Mas-terarbeit, die Betreuung und die gegebenen Ratschl¨age.
Weiterhin m¨ochte ich mich bei den zahlreichen Freunden und Kollegen der Arbeits-gruppe LINAC-AG bedanken, welche viele Fragen und so manch eine Diskussion ¨uber sich ergehen lassen mussten.
Ein weiterer Dank gilt den Technischen Mitarbeitern des IAP, insbesondere Christopher Wagner. Beim Zusammenbau der CH-Struktur und Aufbau des Messequipments wart ihr eine große Hilfe und man konnte sich auch bei noch so kleinen Problemen auf eure Hilfestellung verlassen.
Schließlich m¨ochte ich meiner Familie, Janine und allen nicht genannten Freunden f¨ur ihre Unterst¨utzung und Hilfe auch außerhalb der Universit¨at danken.