Authors:	Heil, Philipp
Title:	Kohärente Smith-Purcell-Strahlung zur minimal invasiven Bunchlängenmessung im Subpikosekundenbereich
Online publication date:	10-May-2021
Year of first publication:	2021
Language:	german
Abstract:	Um schnelle physikalische Prozesse aufzulösen, kommen kurze Teilchenpulse immer häufiger zur Anwendung. Auch für den Betrieb des Mainzer energierückgewinnenden Beschleunigers MESA sind kurze Elektronenpulse unerlässlich. Hier werden kurze Bunche benötigt, um den Teilchenstrahl ohne große Verluste beschleunigen zu können bzw. ihn an die Akzeptanz des Beschleunigers anzupassen. Es wurde ein Testapparat für MESA gebaut, welcher die ersten zehn Meter der späteren Niederenergiestrahlführung bei 100keV beinhaltete. Da hier unter anderem auch die longitudinale Präparation des Elektronenstrahles stattfindet, eignet sich dieser Aufbau zur Untersuchung der Länge der Teilchenpulse. Eine Diagnosemethode zur Bestimmung der Bunchlänge stellt Smith-Purcell-Strahlung (SPR)dar. SPR entsteht, wenn ein geladenes Teilchen nahe an einer periodischen metallischen Gitterstruktur vorbeifliegt. Die Strahlung hat einen kohärenten Anteil, der quadratisch mit dem Strahlstrom ansteigt und bei den hier auftretenden Bunchladungen von 0,77pC die Intensität um bis zu sechs Größenordnungen verstärkt, sobald die Bunchlänge des Elektronenstrahles kleiner ist als die Periode der Gitterstruktur. Verschiedene Gitter mit unterschiedlichen Gitterkonstanten werden neben dem Strahl positioniert, um so die Länge der Bunche zu bestimmen. Ein Vergleich mit der theoretisch erzeugten und experimentell bestimmten Leistung liefert hier noch genauere Ergebnisse. Die entstehende Strahlung im THz-Bereich wird mit Leistungen von wenigen pW bis zu maximal 30nW emittiert und in einem mit flüssigem Helium auf 4,2K gekühlten Bolometer nachgewiesen. Die Einstellung der Parameter des Systems zur longitudinalen Präparation des Teilchenstrahls (Bunchersystem) wird mit Hilfe dieses SPR-Signals zunächst grob vorgenommen und dann fein optimiert. Die Erzeugung von SPR erfolgt dabei minimal invasiv. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, die Bunchlänge zu bestimmen und dabei weniger als 0,6% des Strahles zu verlieren, wobei mit einer genaueren Einstellung der Fokussier- und Ablenkmagnete auch Werte von deutlich unter 0,1% möglich wären. Diese Eigenschaft ermöglicht es auch, bei hohen Strahlströmen eine Bunchlängenmessung durchzuführen. Hier bewirkt eine gegenseitige Abstoßung der Elektronen eine Aufblähung des Bunches (Raumladung). Der Einfluss dieses Effekts wird reduziert, indem bei einer Live-Messung bei Strömen von bis zu 3mA die Hohlraumresonatoren des Bunchersystems nachgeregelt werden. Es zeigt sich, dass sich mit diesem System RMS-Bunchlängen von 70µm erzeugen lassen. Dabei entspricht die experimentelle Anordnung weitgehend den zu erwartenden Verhältnissen an MESA. Die durch die Akzeptanz des Beschleunigers von 1,7mm festgelegte Anforderung wird hierbei deutlich übertroffen.
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-5886
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-4b3f9c92-b9ee-4716-b4ce-0322706755aa8
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	186 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen