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Das HERA Verbeserungsprogramm E. Negodin Beschleuniger-Betriebs-Seminar, 20-24 September 2004, Grömitz.

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1 Das HERA Verbeserungsprogramm E. Negodin Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz

2 HERA Verbesserungsprogramm

3 Beschleunigerphysik Projekte Luminosität maximierung Protonenstrahl long. instabilität Positronenstrahlfragen Polarisationverbesserung Technische Verbesserungsprojekte p-RF Systems e-RF Systems Injektion Systems Diagnostik Systems Vakuum System Kryogenic Systems Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz

4 Beschleunigerphysik Projekte Es gibt Große Fortschritte im Verständnis und erreichter Luminosität. HERA Spitzenluminosität wurde verdoppelt. Trotzdem gibt es noch Faktor bis zu 1.2 in der Spitzenluminosität um durch größere Strahl-Ströme ( I p x I e = 5000 mA mA2 ), durch Verbesserung des RF- System und Injektionssystem zu gewinnen; Faktor bis zu 1.2 in der Spitzenluminosität um durch bessere Kontrolle des Strahlparameters Leptonenstrahl-Emittanz ε xe bis zu 20 nm reduzieren ( Maschine-Studienzeit ist benötigt ) - weitere Unterdrückung von Satellitenresonanzen -alternative Arbeitspunkt Protonenstrahl-Emittanz ε pN bis zu 20 μm reduzieren durch reduzierte Hourglass-Effekt (R 95%) zu gewinnen;

5 Beschleunigerphysik Projekte Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Emittanzaufweitung Messung und Kompensation des Injektions Beta Beats Reduzierung der damit verbundenen Emittanzaufweitung verwandt mit Strahlprofilschwingungsmonitor HERA-p (OTR) Laufend Man erwartet bis zu 2% Lumierhöhung Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen

6 Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Longitudinalen Multibunchinstabilitaten Bessere Kontrolle der Bunchlänge während Protonrampe konnte Hourglass-Effekt (jetzt eine Wirkung von ~10 %) reduzieren und die weitere Verminderung der Beta-Funktionen an den Wechselwirkungspunkten ermöglichen Unterdruckung der longitudinalen Instabilitäten Messungen und Analyse des Anstiegzeit Modenspectrum Spezifikationen für multibunch feedback Benötigt sind menschliche Arbeitskräfte Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleunigerphysik Projekte

7 Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Probleme: Nach dem beide Strahlen in Kollision gebracht, steigt plötzlich Protonenemmitanz (~10 Sekunden Emittanzverdopplungszeit): Ist noch nicht ganz verstanden Positronenstrahl Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Voraussichtlich verwandt mit Instabilen e-Srahl Beschleunigerphysik Projekte

8 Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Möglichkeit bei 7GeV injizieren und den Strahl stabilisieren ? Positronenstrahl Injektionszeit Verringerung Strahlenbelastung der Experimente Verringerung Hauptsachlich Maschinenstudienzeit ist nötig Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen BBA: Schaffung eines Referenzpunktes für die Magnetaufstellung als Referenz für die Drahtmessung circa 2% Lumierhöhung Beschleunigerphysik Projekte

9 Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz PolarisationVerbesserung Kontinuierliche automatische Pol.Verbess. Routinemaessige Depolarization Absolute Kalibrierung der Polarisation Präzise Energiemessung Polarization Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleunigerphysik Projekte

10 Technische Verbesserungsprojekte Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz

11 Technische Verbesserungsprojekte Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Protonen Hochfrequenzsysteme Stabilisierung der longitudinalen Multibunchschwingungen Verbesserung der low-level Kontrolle Implementierung, Test und Optimierung der Breitbandige Feedback-Systeme

12 Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Leptonen Hochfrequenzsysteme Beschleuniger-Betriebsunterbrechung Klystron Schutzsystem RF Modulator Verbesserungen M2 MT Crowbar Klystron 1 Drive RF out nom.1500kW GND Klystron 2 Capacitor Bank µF -75 kV / 36A (nom.) from outdoor Klystron PS M1 M3 M5M4 for diagnostics (MKK) RF Modulator scheme Lumierhöhung bis ~3% Technische Verbesserungsprojekte

13 Injection Systems Verbesserung der e-InjektionEffizienz Verbesserung des TransportwegMonitoring Additional BPMs Optimierung der Strahlposition in der Phasenraum p-OTR-Monitor Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Erwartungen: Reduzierung der Injektionszeit Erhöhung der Lumiproduktion Erwartungen: Kompensation des Injektions Beta Beats Reduzierung der Emittanzaufweitung Technische Verbesserungsprojekte

14 Diagnostics Systems dauernde Temperatur- und Deformierungkraft-Belastung präzise Kontrolle von Änderungen der Magnetposition Vervollständigung des Drahtsystems Technische Verbesserungen des of the Kollimator-Systeme, e- and p-BPM Systeme Implementierung und Optimierung der SynchrotronLichtMonitors (e- und p-Strahl) Verbesserung der Lebensdauer Monitor Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz zuverlässige, sichere, schneller !!! Technische Verbesserungsprojekte

15 Verbesserung des Vakuums der HF-Strecken in HERA-e: Erhöhung der Saugleistung von Pumpen Leitwerte von Rohr und Blende Verbesserung der Absorber 4 Vakuum System Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Technische Verbesserungsprojekte

16 Zuverlässigkeit und Sicherheit der Komponenten (manche Komponenten sind zu alt) Kryogenic Systems Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Upgrade des Kryogenic System (Kompressoren und Steuerung) Preventing improvement Technische Verbesserungsprojekte

17 Die Effizienz der Operation muss verbessert werden menschlicher Faktor kostet etwa 10% von LUMI Jahr 2004: ca. 140 Ausfälle wegen operationelle Fehler Operationelle Prozeduren noch zu verbessern: p-Orbit-Feedback, automatische p-Tune-Steuerung Vereinfachung und Beschleunigung des injektions- und Rampe-verfahren Permitsystem Operations and Controls Beschleunigerphysik Projekte Protonenstrahl Positronenstrahl Polarisation Technische Verbesserungsprojekte p-HF e-HF Injektion Diagnose Vakuum Kryogenic Operationelle Verbesserungen Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz Technische Verbesserungsprojekte

18 Summary Summary rich program with more than 70 items, the most important ones being: Proton RF Systems Improved low-level controls 2/2/.5 PJ 0.55 M Suppression of long. instability Injection Systems Improved monitoring 0/0.2/0.2 PJ 0.09 M Collimation Systems increased reliability 0/0.25/0.2 PJ 0.10M Diagnostics Systems improved monitors (BPM, SR) 1./0.3/0.1 PJ 0.15 M wire system RF-Controls p-RF freq. control, etc 1/0.25/0.25 PJ 0.04 M Vacuum System better pumping in RF sections 0/0.5/1.0PJ 0.5 M Power Supply Systems addl Ps for spin matching 0 /0.3/0.2 PJ 0.2 M e-RF Systems RF Modulator 0/0.5/.95 PJ 0.13 M Cryogenic Systems compressor and controls upgr. 0 /0.5/1.5 PJ 0.45 M Summe: M (addl only) 2.26 M Beschleuniger-Betriebs-Seminar, September 2004, Grömitz


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