Authors:	Simon, Daniel
Title:	Gesamtkonzept für den MESA-Teilchenbeschleuniger unter besonderer Berücksichtigung von Strahloptik und Kryogenik
Online publication date:	3-May-2021
Year of first publication:	2021
Language:	german
Abstract:	Mit dem Ende des A4-Experiments am Mainzer Mikrotron (MAMI) stellt sich die Frage, wie eine sinnvolle Weiterverwendung der frei werdenden Experimentierhallen aussehen könnte. Im Rahmen des Exzellenzclusters PRISMA (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter) und des Sonderforschungsbereichs 1044 fiel die Entscheidung, eine Reihe von speziellen Experimenten mit dem neuartigen ‚Multiturn‘-energierückgewinnenden supraleitenden Dauerstrich-Elektronenbeschleuniger MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator) durchzuführen. Neben einem externen Experiment P2, welches mit einem polarisierten Elektronenstrahl mit Energien bis zu 155 MeV bei Stahlstromstärken bis zu 150 µA betrieben wird, besitzt MESA ein internes Experiment MAGIX (MesA Gas Internal target eXperiment) mit Strahlenergien bis zu 105 MeV bei Strahlstromstärken bis zu 1 mA. Das interne Experiment wird im energierückgewinnenden Modus betrieben. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Gesamtkonzept für den Teilchenbeschleuniger MESA aufzustellen, welches die benötigte Infrastruktur beinhaltet. Hierbei sind insbesondere sowohl die Versorgung der Kryomodule mit kryogenen Flüssigkeiten zu nennen als auch die Entwicklung einer Strahlführung, die die von den Experimenten geforderten Strahlparameter liefern kann. Die Auslegung des Kryosystems für MESA umfasst die Ermittlung des Bedarfs an kryogenen Flüssigkeiten von MESA sowie die Planung des Transferleitungssystems. Hierfür wurde ein Fließschema (PFD) der Kryoverteilung angefertigt, die Druckniveaus in den einzelnen Kryokomponenten festgelegt, die Transferleitungsdurchmesser bestimmt und das subatmosphärische Kompressorsystem (SAK) ausgelegt. Dies wurde sowohl für eine Flüssighelium-Versorgung als auch für eine Versorgung mit überkritischem Helium durchgeführt. Zur Entwicklung der Strahlführung wurden zuerst die strahloptischen Randbedingungen für MESA bestimmt und die Strahlparameter der einzelnen Strahlführungskomponenten zusammengetragen. Hieraus wurde eine Strahloptik entwickelt, die den verschiedenen Betriebsmodi von MESA Rechnung trägt. Zur Entwicklung der Strahloptik wurden Strahlseparationen, Umlenkbögen und Experimentstrahlführungen entworfen sowie der Einfluss von Synchrotronstrahlung auf MESA untersucht. With the completion of the A4 experiment at the Mainzer Mikrotron (MAMI), the question arose how to re-utilize the now unused experimental hall. With the Cluster of Excellence PRISMA (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter) and the Collaborative Research Centre 1044, it was decided to support a series of specialized experiments at the new multiturn-recirculating, energy-recovering, superconducting continuous-wave accelerator MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator). In addition to the P2 experiment, which uses polarized beams with an energy up to 155 MeV and a current up to 150 µA, the internal experiment MAGIX (MesA Gas Internal target eXperiment) with a beam energy up to 105 MeV at a beam current up to 1 mA is an integral part of the facility. The objective of this thesis is to conceive an overall draft of the particle accelerator MESA, including the necessary infrastructure for the accelerator. An important part is to devise the supply with cryogenic fluids and to develop a beam line which meets the required beam parameters for the experiments. The design of the cryogenic systems encompasses the identification of the demand of cryogenic fluids for MESA as well as the development of the transfer lines. For this purpose, a process flow diagram (PFD) of the cryogenic distribution was conceived, the pressure level of the different cryogenic systems and the diameter of the transfer lines were determined, and the sub-atmospheric compressor system (SAK) was specified. This was done for the supply with liquid helium as well as for the supply with supercritical helium. For the development of the beam line, the optical requirements of the beam for MESA were identified and the beam parameters for the different beam line assemblies ascertained. From this, a set of beam optics capable of supporting the different operation modes of MESA was designed. To develop the beam optics for MESA, beam line assem-blies like beam separation, arcs and experiment beam lines were designed, and the influence of synchrotron radiation at MESA was investigated.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-5809
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-73fcd8e5-6fd6-4a71-9b53-b0b2a96524ad4
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xii, 164 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen