Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

MAinzer MIkrotron MAMI: A precision accelerator for nucleon structure investigations Kurt Aulenbacher Reactor Training Course U-South Carolina May, 28,

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "MAinzer MIkrotron MAMI: A precision accelerator for nucleon structure investigations Kurt Aulenbacher Reactor Training Course U-South Carolina May, 28,"—  Präsentation transkript:

1 MAinzer MIkrotron MAMI: A precision accelerator for nucleon structure investigations Kurt Aulenbacher Reactor Training Course U-South Carolina May, 28, 2008

2 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität d: d: object size : Wavelength < d required resolution

3 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität : visible light : =400 – 700nm Lightwaves and particle waves For particle-waves =h/p : E~100keV: electron microscope E~1000MeV: ‚nucleon‘ structure ‚microscope‘ :

4 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität nucleus: a few m (0,0001 × Diameter of Atom) Atom Kern

5 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Electron (1898) Nucleus, z.B. Helium: Proton (1919) and Neutron (1931) (Nucleons) (pointlike, charge e -) Proton: m, charge e + Neutron: m, „neutral“ p p n n e very complicated ‚many body‘ system

6 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität U HV ~ V ElektrostaticAcceleration, kinetic Energy of Electrons: E = eV ( d.h. v= 54,8% c = km/s  = m ) Vacuum

7 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Microwave Resonating Structure with longitudinal field components and appr. phase shifts W Power …allows for nearly continous energy transfer from field to particle!

8 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität surf

9 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität surf

10 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität surf

11 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität surfin’ on the wave

12 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 2 Meter, W cw Hf, eV Linac Section

13 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Achieving several hundred MeV by brute force: LINAC For c.w. 800MeV required: (LINAC): - ca. 400 Sections - ca. 1km length - 15MWc.w. high frequency power

14 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 2 Dipole Magnets + n LINAC Passages z.B.: LINAC: 7,5MeV, 90Turns  675MeV total ( 125kW Hf-Power) Much more efficient: The RaceTrack Mikrotron (RTM)

15 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Three stage acceleration

16 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität RTM 3 90 Rezirkulationen 850MeV 3.5MeV RTM 1 18 Rezirkulationen 15MeV RTM 2 51 Rezirkulationen 180MeV LINAC Elektronenquelle 100keV Operating since 1990 for more than hours

17 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität :MAMI-B 450 Tonnen, 1.28T still not enough: 1500 MeV desired!  MAMI-C

18 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 2000 to 250 to The double sided microtron (K.H. Kaiser et al.) 43 Turns, 855MeV  1,5GeV 450 to

19 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 855MeV  1500MeV Harmonic Double Sided Microtron Mikrotron (HDSM)

20 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Successful start up: 19. Dezember 2006 The HDSM, a world wide unique microtron variant

21 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Seit dem Experimentierbetrieb: 1.508GeV, max. 100  A, d.h. 151kW Strahlleistung Fr., , bis Mo., , 6.00 beam on target: >80% Kurzer Hochstromtest: 50  A

22 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität       Beispiel: E=1508MeV ± 0.030MeV (0.002%) I= ~ pA – 100  A Strahlposition konstant auf ~ 10  m 1       3       2 ? The Goal: Understanding the ‚Nucleon‘ “Vielkörperstruktur stark wechselwirkender Systeme” knowing :-  get to know ? Koinzidenz-Experiments need cw-beams ! Nukleon (Proton, Neutron) ~ m

23 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität

24 Das KAOS Spektrometer = Nachweis von Kaonen

25 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Grundriss von MAMI C (ca Stunden Betrieb pro Jahr) Diplomanden und Doktoranden in experimenteller und theoretischer Kern- und Teilchenphysik, Beschleunigerphysik

26 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität

27 MAinzer MIkrotron MAMI: Practical Training: Irradiation and induced radioactivy Kurt Aulenbacher Reactor Training Course U-South Carolina May, 28, 2008

28 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Our program this afternoon Two groups, exchanging after about 1 hour Irradiation of samples with MAMI at 855MeV and simultaneous measurement of neutron radiation field in accesible area., Hall clearance and installation of ‚cut off‘ area Investigation/identifaction of induced radioactivity: by gamma spectroscopy

29 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Aerial view: RTM RTM 3 Accelerator and experiments are completely underground typically meters deep below ground level! Hier sind wir !

30 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Radiation and Radioisotopes at MAMI high power (150kW), high energy particle source  no persons allowed in areas where accelerator operates secondary radiation : gamma rays (Bremsstrahlung up to 1500MeV) tertiary radiation: Photoneutrons (up to 1000MeV) neutral particles are more difficult to shield due to missing continous ionisation! Primary radiation disappears after shutdown, induced radioistopes may persist!

31 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität I. MAMI-B (Halle A + B + C) Example:Operation modus Sperrbereich (’cut off’ area ) permanent cut off due to induced radioactivity

32 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 100  A bei eV = 150kW Leistung II. Exp op.: (Spektrometerhalle) Op-modus

33 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität 300kW High power beam dump () Al-beads/Water (Vol60/40Strahlungslänge 14cm) Transferefficiency Beam-power  water >95% Shielding 1.5 Meter heavy concrete + 6meter soil. (upwards), Vorl Rückl.

34 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität e p High energy accelerators E>100MeV have very complicated radiation field. Proton worse than than electron. Electrons (primary)  Bremsstrahlung (secondary)  Photohadrons (tertiary)  Neutral components are difficult to shield against: Photons and Neutrons

35 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Charged particles are easy to shield ! …but electrons create (neutral) gamma radiation

36 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Interaction Gamma-radiation Photoeffect:  ~E -7/2, ~Z 4 –dominant for E < 100 keV –efficient with high nuclear charge Z –Elektronen der K-Schale Comptonscattering:  ~E -1, ~ Z/A –dominant 100 keV < E < 10 MeV Paircreation:  ~ln(E) (0<1MeV) ~Z 2 –dominant ~ 10 MeV < E –Absorbermaterial mit hoher Ordnungszahl

37 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Sum of cross sections and cascade High energies: Pair creation dominant:   e + +e -  2   2e + +2e -  4   4e + +4e - typical length scale: ‚radiation length‘ Pb: 0.56cm/Fe:1.76cm/ heavy concrete: 5cm /Water 36cm

38 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Pb d = 1,27 cm

39 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Pair creation leads to a large number of ionizing particles  dose increases (at first) with shielding thickness. In deeper layers main energy dissipation by compton scattering  exponetial damping of energy flux and associated dose. Typical attenuation constant: =1/(50cm 2 *g -1 ) 6 GeV Elektronen Shielding thickness at MAMI in forward direction at least 5 Meter heavy concrete (or äquivalent) lateral: 2 Meter Due to relativsitic effect energy transport remains concentrated in narrow forward cone

40 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Photo-Neutrons Photo-Neutrons for E  < 100 MeV by Giant resonance neutrons! for >170MeV:HE-neutrons by Pion production p+     +n These are much more difficult to shield!

41 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Dose rate behind thick shielding angle/Grad sand94 g/cm 2 89 g/cm 2 concrete100 g/cm 2 92 g/cm 2 Heavy concrete 115 g/cm g/cm g/cm 2 m FL … Massenbelegung λ(  ;E)Abschwächungskonstante d … Abstand zum Strahlungsort Liefert a.a.O. 54  Sv/h bei 150 Watt. we are here…

42 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität X1 area in forward direction of (low power) beam dump

43 Kurt Aulenbacher, Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Low power beam-set-up beam dump: irradiation of test samples (Cu,Fe,Al) X1 area is accessible ‚controlled area during beam dump operation. (1meter iron+ 2 Meters heavy concrete shielding) Todays exercise: I) comparison of standard neutron monitor with ‚wide range‘ detector II) investigation of irradiated samples by  -spectroscopy


Herunterladen ppt "MAinzer MIkrotron MAMI: A precision accelerator for nucleon structure investigations Kurt Aulenbacher Reactor Training Course U-South Carolina May, 28,"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen