Optische Strahldiagnose an der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA

Abstract

An der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA wird eine resonante Anregung der horizontalen Strahlschwingungen zur Extraktion der Elektronen aus dem Speicherring genutzt. Diese Extraktionsmethode ermöglicht an den beiden Experimentierplätzen einen konstanten Strom über einen Extraktionszeitraum von mehreren Sekunden zur Verfügung zu stellen. Diese Extraktionsmethode hat maßgeblichen Einfluss auf die Strahlqualität.<br /> Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Emittanz als Maß für die Strahlqualität aus den Strahlbreiten des Elektronenstrahls bestimmt. Zur Messung der Strahlbreiten wurde die optische Strahldiagnose genutzt. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Diagnostik mittels Synchrotronlicht, da diese keine Beeinflussung des Elektronenstrahls zur Folge hat. <br /> Ein Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der Extraktionsmethode auf die Strahlqualität. Um diese Untersuchungen zu ermöglichen wurde ein System aus Synchrotronlichtmonitoren aufgebaut und erweitert. <br /> Dieses System wurde auf die simultane Messung der Strahlprofile im Speicherring und in der externen Strahlführung ausgelegt. Als Maß der Strahlqualität wurde die Emittanz in Abhängigkeit der Extraktionseinstellungen bestimmt. Um die Entwicklung der Emittanz über einen Beschleunigerzyklus untersuchen zu können, wurden erstmals zeitaufgelöste Emittanzmessungen durchgeführt. <br /> Zur Erweiterung und Verbesserung der optischen Strahldiagnose im Speicherring wurde als weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ein neuer Diagnoseplatz in einem an den Beschleuniger angrenzenden Labor geplant, aufgebaut und in Betrieb genommen. An diesem Diagnoseplatz wurde ein hochauflösender Synchrotronlichtmonitor, der im UV-Bereich sensitiv ist, aufgebaut und in das Diagnosesystem implementiert. <br /> Die Positionierung des Diagnoseplatzes außerhalb des Beschleunigertunnels ermöglicht den Einsatz von strahlungsempfindlicher Diagnostik. Zur Untersuchung der longitudinalen Ladungsverteilung in den Elektronenpaketen und ihren Schwingungen untereinander ist die optische Strahldiagnose um ein Streakkamerasystem erweitert worden. Der Diagnoseplatz und die dazugehörige Strahlführung wurden auf dessen Einsatz hin ausgelegt. Erste erfolgreiche Untersuchungen der longitudinalen Ladungsverteilung mit einem zeitlichen Auflösungsvermögen im Bereich von wenigen Picosekunden werden vorgestellt.

<strong>Optical beam diagnostics at the Electron Stretcher Accelerator ELSA</strong><br /> At the ELectron Stretcher Accelerator ELSA, a resonant excitation of the horizontal particle oscillations is used to extract the electrons to the experiments. This so-called resonance extraction influences the properties of the extracted beam. <br /> The emittance, as a number of the beam quality, was determined by using synchrotron light monitors. To enable broad investigations of the emittance a system of synchrotron light monitors was set up. This system was used to measure the influence of the extraction method on the emittance. Time resolved measurements were conducted to investigate the development of the emittance during an accelerator cycle. <br /> To improve the optical beam diagnostics a new beamline to an external laboratory was constructed. There, a new high resolution synchrotron light monitor was commissioned. In addition, a streak camera has been installed to enable longitudinal diagnostics of the beam profiles. First measurements of the longitudinal charge distribution with a time resolution in the range of a few picoseconds were conducted successfully.