Messung und Korrektur der Arbeitspunkte während der Energierampe am Stretcherring von ELSA

Abstract

An der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA des Physikalischen Instituts der Universität Bonn werden Doppelpolarisationsexperimente zur Untersuchung der Struktur der Baryonen im Rahmen des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB/TR 16 durchgeführt. Bei der Beschleunigung der für diese Experimente benötigten spinpolarisierten Elektronen treten bei bestimmten Strahlenergien depolarisierende Resonanzen auf, die unter anderem mit den vertikalen Strahlschwingungen der Elektronen im Beschleuniger zusammenhängen. Um den Polarisationsverlust zu reduzieren, wird während der Energieerhöhung der vertikale Arbeitspunkt, der die Anzahl der Strahlschwingungen pro Umlauf im Beschleuniger angibt, sprungartig verändert, um die Resonanzkreuzungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dafür ist sowohl eine Kenntnis des vertikalen als auch des horizontalen Arbeitspunktes essentiell. Während der schnellen Energieerhöhung treten dynamische Effekte auf, die die Arbeitspunkte und somit auch die Energien, bei denen depolarisierende Resonanzen auftreten, verändern. Eine Messung und Korrektur der Arbeitspunktverschiebungen während des Beschleunigungsvorgangs ist erforderlich.<br /> Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde am Stretcherring von ELSA ein System zur Arbeitspunktmessung und -korrektur entwickelt und in Betrieb genommen, das neben der Messung des vertikalen und horizontalen auch die des longitudinalen Arbeitspunktes ermöglicht. Insbesondere sind zur Kompensation der Abweichungen des Arbeitspunktes während der schnellen Energieerhöhung präzise Messungen in Abständen von Millisekunden erforderlich. Die zur Bestimmung des horizontalen und vertikalen Arbeitspunktes benötigte Anregung kohärenter Strahlschwingungen wird durch schnell gepulste Kickermagnete bewerkstelligt. Für die horizontale Schwingungsebene wird einer der Injektionskickermagnete verwendet, während für Anregungen in der vertikalen Ebene im Rahmen dieser Arbeit ein neuer Kickermagnet gebaut und in Betrieb genommen wurde. Dieser ist in der Lage, das strahlablenkende Feld innerhalb von maximal 548 ns auf- und abzubauen und einen ausreichend großen Kickwinkel zu erzeugen, um die durch ihn kohärent angeregten, vertikalen Strahlschwingungen mit Hilfe eines Strahlpositionsmonitors detektieren zu können. Zur Anregung kohärenter, longitudinaler Strahlschwingungen wird ein Phasensprung der zur Beschleunigung der Elektronen verwendeten Hochfrequenz durchgeführt, um eine Bestimmung und gezielte Verschiebung des longitudinalen Arbeitspunktes vorzunehmen zu können.<br /> Dieses neue System zur Arbeitspunktmessung und -korrektur wird seit Ende 2009 erfolgreich während des Strahlbetriebs an ELSA eingesetzt.