Konzeption, Aufbau und Inbetriebnahme eines neuen Vorbeschleunigersystems an 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. Zukünftig sollen für diese Experimente höhere extrahierte Strahlströme bei einem gleichbleibenden Tastverhältnis zur Verfügung gestellt werden. Zu diesem Zweck soll der Strom der zu beschleunigenden Elektronen im Stretcherring von ELSA auf bis zu 200 mA erhöht werden. Zur Stromerhöhung sind jedoch Studien zu den Strahlinstabilitäten im Stretcherring notwendig. Um diese Studien möglich zu machen, wurde ein neuer Injektor konzipiert, welcher die Betriebsmöglichkeiten der Beschleunigeranlage um einen Single Bunch–Modus erweitert.Weiterhin sieht das Konzept einen Langpuls–Modus mit hohen Strömen unpolarisierter Elektronen vor, um einen hohen Injektionsstrom in den Stretcherring zu gewährleisten.<br /> Es wurde ein Injektor entwickelt, der auf Basis einer Kathode mit einer kleinen Emissionsfl äche und einem effizienten Bunching eine weitestgehend verlustfreie Beschleunigung der Elektronen im Linearbeschleuniger ermöglicht. Das in der Strahlführung folgende Energie-Kompressor-System soll die Energiebreite des Elektronenstrahls von circa 5% auf die maximal zulässige Energiebreite von 0,5% bei der Injektion ins nachfolgende Booster-Synchrotron reduzieren. Danach wird der Elektronenstrahl zur Injektion ins Synchrotron durch die Optik des Transferweges an die Akzeptanz des Synchrotrons angepasst.Wahlweise kann auch der Strahl zu einem Bestrahlungsplatz geführt werden, an dem mit einer hohen Flexibilität hinsichtlich der Eigenschaften des Elektronenstrahls Bestrahlungen durchgeführt werden können.<br /> Die prinzipielle Funktionsfähigkeit konnte im Jahre 2010 während der ersten Inbetriebnahme des neuen Vorbeschleunigersystems bis hin zum Bestrahlungsplatz gezeigt werden. Darüber hinaus gelangen erfolgreich erste Bestrahlungen von Ammoniak als Targetmaterial für das COMPASS-Experiment und von Detektorkomponenten für das MPI Halbleiterlabor München und die SILAB DEPFET-Gruppe des physikalischen Instituts der Universität Bonn.<br /> In dieser Arbeit werden der Entwurf, die Weiterentwicklung, der Aufbau und die Inbetriebnahme sowie erste Nutzerbetriebe vorgestellt.