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Aufbau und Test einer Röntgenkamera zur Emittanzmessung an der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III Paul Wiesener MDI-technisches Forum Hamburg, 02.10.2013.

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Präsentation zum Thema: "Aufbau und Test einer Röntgenkamera zur Emittanzmessung an der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III Paul Wiesener MDI-technisches Forum Hamburg, 02.10.2013."—  Präsentation transkript:

1 Aufbau und Test einer Röntgenkamera zur Emittanzmessung an der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III Paul Wiesener MDI-technisches Forum Hamburg,

2 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 2 Gliederung > 1. Allgemeines zur Röntgenkamera > 2. Problem- und Zielstellung > 3. neues Konzept > 4. Umsetzung > 5. Ergebnisse des neuen Röntgenkamerasystems > 6. Zusammenfassung

3 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 3 > Röntgenkamera dient mit der Emittanzmessung zur Überwachung der Strahlqualität bei PETRA III > Elektronenstrahl über eine spezielle Röntgenlinsen abgebildet und das Bild durch die Röntgenkamera ausgelesen > über Größe des Lichtflecks (Ø µm) kann die Querschnittsfläche des Elektronenstrahls bestimmt, und daraus mit Kenntnis der Beschleunigeroptik die Emittanz berechnet werden > Kamerasystem ist für Röntgenstrahlung im Bereich von 20keV Energie ausgelegt Szintillator konvertiert hochenergetische Strahlung in sichtbares Licht 1. Allgemeines zur Röntgenkamera

4 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 4 1. Allgemeines zur Röntgenkamera Diagnosebeamline > Kamerasystem befindet sich am Ende der Beamline (im neuen Achtel der PETRA-Halle) > 15 Meter lang, für Energie von 20keV ausgelegt > Strahlprofil über Synchrotronstrahlung aus Ablenkmagneten über hochauflösende CRL-Röntgenoptik abgebildet > Quellpunkt hat Elektronenstrahl effektive Größe von σ x = 42,5μm und σ y = 18,5μm

5 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 5 Emittanz > für Beurteilung der Strahlqualität nur transversale Emittanz entscheidend > kein direkt zugänglicher Parameter Messung im Ortsraum (x,y) > Teilchen in Bunchen unterwegs (pro Bunch Teilchen, gewisses Volumen) > projizierte Fläche des Volumens (ellipsenförmig) ist die transversale Emittanz > aus praktischen Gründen Darstellung im Orts-Divergenz-Raum (x, x) 1. Allgemeines zur Röntgenkamera

6 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 6 1. Allgemeines zur Röntgenkamera Emittanz > transversale Emittanz nach Liouville-Theorem konstant > Teilchen im gesamten Beschleuniger gleichbleibend großen Ellipsenfläche, nur Ausrichtung und Form verändert sich

7 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 7 Emittanz > Ellipsenfläche (= Emittanz) nicht direkt messbar > Darstellung im Orts-Divergenz-Raum > Emittanz durch Messung der Projektionen auf die Ortsraumkoordinate x (Strahlfleckgröße) bzw. Divergenzraumkoordinate x' (Strahldivergenz) bestimmbar > Strahlfleckgröße σ x,y : σ = εβ > Strahldivergenz σ x,y : σ = εγ ε, β, γ aus Beschleunigeroptik bekannt 1. Allgemeines zur Röntgenkamera

8 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 8 Nachteile des momentan verbauten Kamerasystem: > lichtschwache telezentrische Optik > Verstärkung der CCD-Kamera am oberem Limit > alterungsbedingte Einflüsse auf die Homogenität des CCD-Chips > Erkennbar in aufgenommenen CCD-Bildern durch unphysikalische Strukturen im Untergrund (Störsignale, Rauschen) > optische Vergrößerung von 2:1 nicht ausreichend > aufgrund beengter Platzverhältnisse in der Diagnosebeamline keine höhere Vergrößerung mit einer telezentrischen Abbildung realisierbar 2. Problem- und Zielstellung

9 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 9 Aufgabe: > neues Röntgenkamerasystem für PETRA III konzipieren, aufbauen und testen > lichtstärkeres, auf endlich korrigiertes Mikroskopobjektiv hoher numerischer Apertur integrieren > optische Vergrößerung auf 4:1 erhöhen > für lichtoptischen Komponenten eine schrittmotorgesteuerte Ansteuerung erforderlich Randbedingung: > Einpassung des Kamerasystems in beengten Bauraum der bereits existierenden Diagnosestrahlführung + Montage an vorgegebenen Halterungsschiene mit 52,5mm zum Strahl 2. Problem- und Zielstellung

10 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 10 Momentaner Aufbau der Röntgenkamera: > Abbilungssystem aus Objektiv und CCD-Kamera als eine Einheit mit Transaltionstisch entlang der optischen Achse + Höhenverstellung > Umlenkspiegel zum Schutz der CCD 3. neues Konzept

11 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 11 Neukonzipierter Aufbau der Röntgenkamera > neue Abbildungsoptik getrennt montiert 3. neues Konzept

12 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 12 Dimensionierung des Abbildungssystems in Laborversuchen: > Auswahl des Objektivs + Bestimmung der Abstände zwischen den optischen Komponenten: Arbeitsabstand A Gesamtabstand (G1 + G2) Bildweite B (A - G) 4. Umsetzung

13 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 13 Ergebnis der Umsetzung: > Abbildungsoptik bestehend aus neuem Objektiv + neuer CCD-Kamera > optische Vergrößerung 4:1, lichtstärkere Mikroskop-Optik > 90°-Umlenkspiegel wird beibehalten zum Schutz der CCD > Objektiv und CCD getrennt auf motorisierte Translationstische entlang der optischen Achse montiert > CCD erhält zusätzlich manuell verstellbaren Lineartisch (Höheneinstellung) mit Arretierung vor versehentlichen Verstellen > zusätzliche Ansteuerung für zweiten Lineartisch > Sichtschutzplatte gegen Restlicht aus dem Beschleunigergang > Bleiabschirmung (Bleibox) 4. Umsetzung

14 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite Umsetzung

15 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite Umsetzung

16 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 16 Gegenüberstellung der Aufnahmen der alten und neuen Röntgenkamera 5. Ergebnisse des neuen Röntgenkamerasystems Aufnahme des alten Kamerasystems Aufnahme des neuen Kamerasystems

17 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 17 Ziel war eine wesentliche Leistungssteigerung der neuen Röntgenkamera, dies wurde erreicht durch: > neues Konzept mit neu angeordneten Funktionsgruppen > Einsatz eine lichtstärkeren Mikroskopobjektiv mit doppelte so hoher optischen Vergrößerung von 4:1 dadurch: > Bereiche der verschiedenen Strahlintensitäten deutlicher erkennbar besser und sicherer Rückschlüsse auf Emittanz des Teilchenstrahls von PETRA III möglich > Verstärkung der CCD nicht mehr am oberem Limit weniger alterungsbedingte Einflüsse in Aufnahmen durch unphysikalische Strukturen im Untergrund (Rauschen, Störsignale) > Homogenität des CCD-Chips bleibt für längere Nutzungsdauer erhalten 6. Zusammenfassung

18 Paul Wiesener | MDI-technisches Forum | | Seite 18 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit


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