Untersuchungen zur Strahldynamik am Mainzer Mikrotron

Abstract

Diese Arbeit untersucht die longitudinale und transversaleStrahldynamik am Mainzer Mikrotron MAMI. Die gemessenen Abbildungseigenschaften werden mit den Design-Rechnungen verglichen. Dadurch konnte die Strahlqualitaet von MAMI B und das Design der neuen HDSM Mikrotronstufe verbessert werden. Es wurde eine Stoerungsrechnung formuliert, um die 6-DAbbildungsmatrix entlang der Beschleunigungsstrecke zu berechnen. Ausgehend von der linearisierten Hamilton Funktion wird die Transfermatrix M in eine unendliche Summe ueber Matrizen M(n) zerlegt, die jeweils eine n-fache Wechselwirkung des Strahls mit dem Quadrupolanteil des Fuehrungsfeldes darstellen. Dank des tieferen Einblicks in die Auswirkung von Feldfehlern konnte damit das Mikrotron-Modell leicht an die gemessenen Transfermatrizen angepasst werden. Ferner wurde die Identifizierung und Korrektur anti-symmetrischer Feldfehler in den Mikrotron-Dipolen untersucht. Es wurde ein Messverfahren entwickelt, um kleine Feldkomponenten in der Bahnebene von der Groessenordnung 10E-3 zu erkennen. Das vorgeschlagene Verfahren wurde mit Hilfe des Simulationsprogramms TOSCA ausgetestet. Schliesslich wurde die Stabilitaet der Longitudinaloptik verbessert. Dadurch konnte eine hochpraezise Energiestabi-lisierung verwirklicht werden. Bei 855 MeV Strahlenergie wird eine Stabilitaet von etwa 10E-6 erreicht.

This work investigates the longitudinal and transversal beam dynamics of the Mainz Microtron MAMI. The measured beam properties were compared with the design calculations. This led to a further improvement of the beam quality of MAMI B and to an optimized design of the new HDSM microtron stage. A perturbation theory has been developed for calculating the 6-D transfer matrix of the accelerator beam line. Starting from the linear part of the Hamiltonian, the transfer matrix M is decomposed into an infinite sum over matrices M(n), which represent an n-fold interaction of the beam with the quadrupole content of the guide field. Owing to the deeper analytical insight into the effect of field errors, the microtron model could easily be fitted to the measured transfer matrices. Moreover the identification and correction of antisymmetric field components in combined function magnets was investigated. A measurement procedure has been developed to identify small field components of the order of 10E-3 in the plane of the reference path. The proposed technique has been tested with the help of the electromagnetic design code TOSCA. Finally the stability of the longitudinal beam dynamics has been improved. This opened the door to the implementation of a high precision beam energy stabilisation. At 855 MeV beam energy the stability is of the order of 10E-6.