Entwicklung eines supraleitenden Beschleunigermoduls für den rezirkulierenden Betrieb am Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator (MESA)
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Abstract
Das Standardmodell der Teilchenphysik hat sich als zuverlässige Beschreibung der
Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen etabliert. Dennoch gibt es Phänomene,
die zum jetzigen Zeitpunkt durch das Standardmodell nicht ausreichend beschrieben
werden können. Daher ist die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells
eine zentrale Aufgabe der heutigen Teilchenphysik. Der am Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität im Bau befindliche Beschleuniger „Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“(MESA) dient der Suche mittels Elektronenstreuexperimenten im Energiebereich von 100 bis 200MeV. Die Anforderungen der drei geplanten Experimente erfordern die Konstruktion
MESAs sowohl als rezirkulierender, als auch als energierückgewinnender Linearbeschleuniger (ERL). Zur Beschleunigung der Elektronen im Hauptbeschleuniger
sind zwei supraleitende Beschleunigermodule vorgesehen, die einen Energiehub von
ΔE = 25MeV liefern. Die Beschleunigermodule und ihr Hochfrequenzverhalten
sind zentraler Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit.
Grundlage der entwickelten Module ist hierbei das kommerziell erhältliche ELBE/-
Rossendorf-Design. Es besteht aus zwei supraleitenden Hochfrequenzkavitäten des
Typs TESLA, die bei einer Resonanzfrequenz von 1,3 GHz und einer Temperatur
von 1,8K betrieben werden. Die Wahl eines bereits im Einsatz befindlichen Modultyps
vermeidet die Risiken einer Neuentwicklung, insbesondere hinsichtlich technischer
Probleme und zeitlicher Verzögerung. Die ELBE/Rossendorf-Module sind nicht für den ERL-Betrieb ausgelegt und wurden daher im Rahmen dieser Arbeit an die MESA-Anforderungen angepasst. Die Fertigung des Moduls wurde überwacht und durch zusätzliche Messungen zur Qualitätskontrolle der Material- und Hochfrequenzeigenschaften der einzelnen Fertigungsschritte unterstützt. Zur Vermessung der Hochfrequenzeigenschaften der Module wurde eine permanente Testumgebung am Helmholtz-Institut Mainz (HIM) geschaffen. Diese wurde erfolgreich genutzt, um die Hochfrequenzeigenschaften der Beschleunigermodule zu überprüfen.