Bestimmung von Intensität und Position des extrahierten Elektronenstrahls an ELSA mittels Hochfrequenzresonatoren

Abstract

Am Physikalischen Institut der Universität Bonn werden Experimente zur Untersuchung der Nukleonenstruktur betrieben. Aus dem Speicherring der Beschleunigeranlage ELSA wird zu diesem Zweck ein Elektronenstrahl von einigen hundert Picoampère extrahiert und auf ein Radiatortarget zur Erzeugung von Bremsstrahlungsphotonen gelenkt. Zur korrekten Interpretation der untersuchten Ereignisse im Experimentaufbau ist die Aufrechterhaltung der eingestellten Strahlposition erforderlich, weswegen ein System zu deren permanenter Kontrolle eingerichtet wurde. Um die Strahlqualität im Messbetrieb nicht zu beeinträchtigen, wurde auf Hohlraumresonatoren zurückgegriffen. Die Überhöhung der Feldstärken bei resonanter Anregung durch die Teilchenpakete des Strahls ermöglicht die Extraktion messbarer Signale bei einer Frequenz von 1,5 Gigahertz und Leistungen unter einem Attowatt. Nach Verstärkung und Umsetzung der Signale auf eine Frequenz von wenigen Kilohertz erfolgt eine schmalbandige Gleichrichtung durch Lock-In-Verstärker. Über einen PC werden die Messspannungen mit einer Rate von 9 Hertz ausgelesen, mit einem C++-Programm in die gesuchten Strahlparameter umgerechnet und dann zur Anzeige im Beschleuniger-Kontrollsystem aufbereitet. Im Regelbetrieb kann so die Strahlposition am Radiatortarget auf Millimeterbruchteile genau erfasst werden. Die Lagesignale müssen auf die Stromstärke normiert werden, deren Messung ebenfalls über einen Resonator erfolgt. Die auf wenige Picoampère genauen Messwerte ermöglichen die unmittelbare Steuerung des Extraktionsmechanismus zur Einstellung des erwünschten Strahlstroms.