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Vakuum-, Hochfrequenztechnik und Strahlinstrumentierung Im Rahmen des Schülerpraktikums der ISH am CERN 2015 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner,

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Präsentation zum Thema: "Vakuum-, Hochfrequenztechnik und Strahlinstrumentierung Im Rahmen des Schülerpraktikums der ISH am CERN 2015 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner,"—  Präsentation transkript:

1 Vakuum-, Hochfrequenztechnik und Strahlinstrumentierung Im Rahmen des Schülerpraktikums der ISH am CERN /04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 1

2 Agenda 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 2 Vakuumtechnik Definition Erzeugung Erhaltung Strahlinstrumentierung Wire Scanner Beam Gas Ionisation Beam Position Monitor Hochfrequenztechnik Modell eines Beam Line Pick-Up: Entwurf und Aufbau des Versuchs Messung Auswertung

3 Was ist ein Vakuum? Möglichst leerer Raum -> ideales Vakuum: Teilchenzahldichte gleich Null -> real: Gas mit möglichst geringem Druck 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 3 abgerufen am 23/04/2015 DruckbereichDruck in hPa (mbar)Moleküle pro cm 3 mittlere freie Weglänge Normaldruck1013,252,7 · nm Grobvakuum300… … ,1…100 μm Feinvakuum1…10 − … ,1…100 mm Hochvakuum (HV)10 −3 …10 − … mm…1 km Ultrahochvakuum (UHV)10 −7 …10 − …10 4 1…10 5 km extrem hohes Vakuum (XHV)< 10 −12 < 10 4 > 10 5 km

4 Wofür benötigt man Vakuum am CERN? Isolierung von Kryomagneten Isolierung vom Heliumverteilungssystem/rohr Beam Vakuum – Ultrahochvakuum von atm* – Verhinderung von Kollisionen mit Gasmolekuelen 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 4 *physikalische Atmosphaere, 1 atm = 1013,25 hPa

5 Wie stellt man ein Vakuum her? Auswahl der Materialien – Auswahl nach Ausgasraten (Bsp. Schweizer Käse) – Niedrige Diffusion (Bsp. Raclettkäse) Abdichten Absaugen der Luft – Verschiedene Pumpen: Scrollpumpe, Drehschieberpumpe, Turbomolekularpumpe, Ionengetterpumpe Ausheizen (wenn nötig) 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 5

6 Dichtungen - Flanges Verschiedene Formen möglich, solange es gut abdichtet Prinzip: – Hartes Material schneidet sich in weichen Abdichtring ein 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 6

7 Lecks Innere und äussere Lecks: – Ausgasen von Verunreinigungen im Inneren – Unebenheiten/Macken oder Verunreinigungen der Flangeoberflächen Lecktest: – Festgezogene Flange werden mit Helium umgeben – Feststellen von Heliumanteil im Vakuum/Qualität des Vakuum in der Röhre 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 7

8 Strahlinstrumentierung Messung von Strahlprofil, -intensität, -lage etc. Invasive und nicht invasive Messverfahren – Wire Scannerinvasiv – Beam Gas Ionisationinvasiv – Beam Position Monitornicht invasiv 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 8

9 Wire Scanner Bewegung durch Strahl Möglichst schnell, um Aufheizen zu Verhindern Sekundäre Teilchen detektierbar -> Rückschlüsse auf Intensität und Profil 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 9 Praesentation, CAS intr. Level course on Accelerator Physics, Eva Barbara Holzer

10 Beam Gas Ionisation Neon-Gas im Strahlrohr Ionisation der Gasmoleküle durch Strahl Ablenken der Ione auf Schirm Messung von Strahlprofil durch Abbild 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 10 Schema von Manfred Wendt

11 Beam Position Monitor (BPM) Vorbeifliegender Strahl erzeugt messbare Spiegelladungen: 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 11 Presentation by Peter Forck, JUAS Archamps: Pick-Ups for bunched Beams

12 Beam Position Monitor (BPM) -bei β=v/c≈1 keinen longitudinalen Feldlinienanteil -> Messung der Spiegelladungen mittels Button Pick-up 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 12 Beam Instrumentation, Editor J.Bosser, Sevices Educatifs-Enseignement Technique

13 Button Pick-Up Mit Widerständen bzw. mit Buttons kann man die Spiegelladungen abgreifen -> 4 Buttons im Rohr zur Bestimmung der Strahllage 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 13 Rhodri Jones, CAS 2011; Praesentation, CAS intr. Level course on Accelerator Physics, Eva Barbara Holzer

14 Funktionsprinzip Strahl näher an Buttons ruft mehr Spiegelladungen hervor -> Lagebestimmung über Verhältnis der Signalstärken Problem: nicht lineares Verhalten führt zu Ungenauigkeiten 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 14 Praesentation, CAS intr. Level course on Accelerator Physics, Eva Barbara Holzer

15 Im Zusammenhang 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 15 Praesentation, CAS intr. Level course on Accelerator Physics, Eva Barbara Holzer

16 Umsetzung der Theorie in die Praxis 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 16

17 Spezifikation - Technische Zeichnung 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 17

18 Machen wir einen Versuch! 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 18

19 Messung 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 19

20 Messergebnisse 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 20

21 Theorie im Vergleich zur Praxis 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 21

22 Das Problem der Nichtlinearität 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 22

23 Auswertung Schlussfolgerungen zur Verbesserung der Messung: – Theorie berücksichtigt nicht, dass Draht nicht unendlich dünn --> geringere Steigung bei Praxisgraph – Draht nicht gerade – Messungenauigkeiten – Grobe Messwertnahme 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 23

24 Gro ßes Danke! Für zwei erfahrungsreiche und einzigartige Wochen gilt unser Dank: Gerhard Schneider Manfred Wendt Michael Betz Ana Marnau Sascha Schmeling Clemens Kreß Peter Mazanek 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 24

25 Quellen abgerufen am 23/04/2015 Beam Instrumentation, Editor J.Bosser, Sevices Educatifs- Enseignement Technique CERN faq LHC the guide Rhodri Jones, CAS 2011 Presentation by Peter Forck, JUAS Archamps: Pick-Ups for bunched Beams Praesentation, CAS intr. Level course on Accelerator Physics, Eva Barbara Holzer Manfred Wendt Gerhardt Schneider Weiteres sind eigene Fotos oder Grafiken 24/04/2015 CERN-Praktikum 2015 Janik Pfitzner, Niklas Melzer, Pascal Hoffmann Betreuer: Gerhard Schneider, Manfred Wendt 25


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