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Authors: Stengler, Timo U.
Title: Entwicklung eines supraleitenden Beschleunigermoduls für den rezirkulierenden Betrieb am Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator (MESA)
Online publishing date: 21-Jul-2020
Language : german
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.
The Standard Model of particle physics has established itself as a reliable description of elementary particles and their interactions. Nevertheless, there are phenomena that cannot be sufficiently explained by the Standard Model at the present time. Therefore, the search for physics beyond the Standard Model is a central aim of particle physics today. The accelerator „Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“(MESA), currently under construction at the Institute of Nuclear Physics of the Johannes Gutenberg University, is dedicated to the search via electron scattering experiments in the energy range from 100 to 200MeV. The requirements of the three planned experiments demand the construction of an accelerator which can be used as a recirculating linear accelerator, as well as an energy-recovering linear accelerator (ERL). For the acceleration of the electrons in the main accelerator, two superconducting accelerator modules are provided, which deliver an energy gain of ΔE = 25MeV. The accelerator modules and their radio-frequency behaviour are the central subject of investigation in this thesis. The developed modules are based on the commercially available ELBE/Rossendorf-Design. It consists of two superconducting high-frequency cavities of the type TESLA, which are operated at a resonance frequency of 1,3 GHz and a temperature of 1,8K. The choice of a module type already in use avoids the risks of a new development, especially with regard to technical problems and time delays. The ELBE/Rossendorf modules are not designed for ERL operation and were therefore adapted to MESA requirements in this thesis. The production of the module was monitored and supported by additional measurements for quality control of the material and high-frequency properties of the individual production steps. A permanent test environment was created at the Helmholtz Institute Mainz (HIM) to measure the high-frequency properties of the modules. This was successfully used to test the radio-frequency properties of the accelerator modules.
DDC: 530 Physik
530 Physics
600 Technik
600 Technology (Applied sciences)
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Helmholtz Institut Mainz
Place: Mainz
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: ix, 119 Seiten
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