Ertüchtigung von supraleitenden Crossbar H-Mode Hochfrequenzkavitäten mit hohem Kopplungsfaktor
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Abstract
In einer Kooperation zwischen der Gesellschaft für SchwerIonenforschung (GSI),
der Johannes Gutenberg Universität Mainz (JGU), dem Helmholtz-Institut-Mainz (HIM) und der Goethe-Universität Frankfurt (GUF) wird zurzeit der
supraleitenden Dauerstrich-Linearbeschleuniger HEmholtz LInear ACcelerator
(HELIAC) entwickelt. Sein primärer Einsatzbereich ist die Fortführung und Intensivierung der Super Heavy Element (SHE)-Forschung an der GSI, insbesondere nachdem der bestehende UNIversal Linear ACelerator (UNILAC) nach einem Upgrade und Umbau zum Injektor des Facility for Antiproton and Ion
Research (FAIR)-Projekts nicht mehr den Anforderungen der SHE-Experimente
genügen wird. Im Rahmen des Advanced-Demonstrator-Projekts wird der erste Abschnitt des supraleitenden Beschleunigers mit Schwerionenstrahl in Betrieb genommen. Dabei kommen vier supraleitende neuartige Crossbar H-Mode (CH)-Kavitäten zum Einsatz. Die speziellen Anforderungen des Strahlbetriebs bedingen, dass die Beschleunigerkavitäten im sogenannten stark angekoppelten Zustand betrieben werden. Diese Betriebsart führt zu einem beträchtlichen Anstieg des HochFrequenz (HF)-Leistungsbedarfs und schließt gleichzeitig die zur Charakterisierung der HF-Kavitäten durchzuführende Bestimmung der Resonatorgüte aus. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, diesen beiden daraus resultierenden Herausforderungen zu begegnen. Der Fokus, der im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführten Untersuchungen lag zunächst auf der Entwicklung und dem Test eines HF-Kopplers, der für den erhöhten Leistungsbedarf ausgelegt ist. Neben der Optimierung der HF-Eigenschaften sollte insbesondere der Wärmeeintrag in den Kryostaten im zuverlässigen Dauerbetrieb minimiert werden. Die Entwicklung eines auf Impedanzanpassung der Zuleitung basierenden Gütemessverfahrens stellt den zweiten inhaltlichen Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Diese neue Methode ermöglicht die Durchführung von Gütemessungen bei starker Ankopplung, was mit konventionellen HF-Messverfahren nicht realisierbar ist.