Authors:	Heine, Robert Gerd
Title:	Der Milliampere Booster MAMBO, ein Injektorlinac für MESA
Online publication date:	24-May-2023
Year of first publication:	2023
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen des Exzellenzclusters ”PRISMA - Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter“ und dessen Nachfolger ”PRISMA+“ wird, unter anderem, die supraleitende, energie-rückgewinnende Linearbeschleunigeranlage ”MESA“ (Mainz energy recovering superconducting accelerator) entwickelt und gebaut. MESA wird einen Elektronenstrahl für die beiden dort angesiedelten Experimente ”MAGIX“ und ”P2“ liefern. Das interne Gas-Target Experiment MAGIX (MESA gas internal target experiment) untersucht an einem Gasjet verschiedenste Fragestellungen aus dem Bereich der Kern- und Teilchenphysik, u.a. die nach dem Protonenradius und der Existenz des dunklen Photons. Das Experiment P2 widmet sich der präzisen Messung des Mischungswinkels der elektroschwachen Wechselwirkung mittels Paritätsverletzung. Beide Experimente haben sehr unterschiedliche Anforderungen an den Teilchenstrahl. Während P2 einen Strahl mit niedriger Intensität von bis zu 150µA, hoher Energieschärfe im Bereich 10^−4 und variabler Ausrichtung der Spinpolarisation bei einer Energie von 155MeV benötigt, verlangt MAGIX nach einem hochintensiven Strahl bis 1mA mit 105MeV. In einer späteren Ausbaustufe sollen dann mit optimierten supraleitenden Resonatoren bis zu 10mA erreicht werden. Das interne Target Experiment wird im energie-rückgewinnenden, ”internen“ Modus von MESA betrieben werden, bei dem die Strahlintensität höher sein kann, als es die vorhandene Hochfrequenzleistung im konventionellen Betrieb erlaubte. Dazu wird der Strahl hinter dem Experiment gegenphasig durch die Beschleunigungsstrukturen geleitet und so seine Energie im Resonator zurückgewonnen und zur Beschleunigung des Strahls vor dem Experiment verwendet. Der Aufbau von P2 ist der eines externen Experiments, bei dem der Strahl nach der Streuung am Target in einem Strahlstopper vernichtet wird. Die Energie des Strahls geht dabei verloren. Aufgrund der niedrigen Strahlintensität kann jedoch dieser konventionelle ”externe“ Betriebsmodus mit einer geringen installierten Hochfrequenzleistung durchgeführt werden. Der hohe Dynamikbereich der Strahlintensität stellt besondere Anforderungen an die Auslegung des Beschleunigers und seiner Komponenten. Insbesondere die Bereiche mit niedriger Teilchenenergie, also die Niederenergiestrahlführung zur Präparation des Spins und des longitudinalen Phasenraums vor dem Injektorlinac ”MAMBO“ (Milliampere Boster), sowie MAMBO selbst verlangen durch die geforderten hohen Intensitäten nach hoher Sorgfalt bei der Auslegung, da hier Raumladungskräfte besonders großen Einfluss auf die Strahlqualität haben. In dieser Publikation werden zunächst die für die Entwicklung eines Injektorlinac benötigten Grundlagen in Beschleunigerphysik und Hochfrequenztechnik gelegt und danach der Auslegungsprozess des Vorbeschleunigers skizziert, verschiedene Konzepte und deren Ergebnisse diskutiert, sowie ein umzusetzendes Szenario ausgewählt. Weiterhin werden normalleitende Hochfrequenzresonatoren für den Injektorlinac entwickelt und über den Test eines Prototyps berichtet. Ein Konzept zur Nutzung dieses Prototyps hinter MAMBO zur zusätzlichen Manipulation des longitudinalen Phasenraums, sowie der Hochstrombetrieb für die mögliche zweite Ausbaustufe von MESA und die Auswirkungen unterschiedlich langer Driftstrecken zwischen den Beschleunigungsresonatoren werden in den Anhängen erörtert.
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-9069
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-35093202-0c0a-46f5-8260-69ef2fa1fe9c4
Version:	Original work
Publication type:	Habilitationsschrift
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	135
Appears in collections:	JGU-Publikationen