Hohlraumresonatoren für Teilchenbeschleuniger Kapitel 11 Hohlraumresonatoren für Teilchenbeschleuniger Rüdiger Schmidt (CERN) – Darmstadt TU - Februar 2007 –Version 2.0
Beschleunigungsstrecken im Linac und Kreisbeschleuniger Beschleunigungresonator (Cavity) Analogie zwischen Schwingkreis und Cavity Kreiszylindrisches Cavity Shunt Impedanz und Güte
Linearbeschleuniger und Kreisbeschleuniger Linearbeschleuniger: Beschleunigung durch einmaliges Durchlaufen durch (viele) Beschleunigungstrecken Kreisbeschleuniger: Beschleunigung durch vielfaches Durchlaufen durch (wenige) Beschleunigungstrecken
Analogie zwischen Cavity und Schwingkreis Ein einfacher HF Beschleuniger mit einem Plattenkondensator (mit einer Öffnung für den Strahl) und einer Spule parallel zum Kondensator würde funktionieren R
Analogie zwischen Cavity und Schwingkreis Schwingkreis mit Kondensator, Spule und Widerstand. C L R
Für eine Frequenz von etwa 100 MHz, ein tpischer Wert für einen Beschleuniger müssen die Induktivität der Spule und die Kapazität des Kondensators sehr klein gewählt werden. Beispiel:
Vom Schwingkreis zum Cavity L L Die Felder im Cavity schwingen im TM010 Mode (kein longitudinales Magnetfeld). Es gibt unendlich viele Schwingungsmoden, aber nur wenige werden genutzt (Berechnung aus Maxwellgleichungen, Anwendung für Hohlleiter)
Parameter eines zylindrischen Cavity Ein zylindisches Cavity mit der Länge g, der Apertur 2*a und dem Feld E(t) g
Beschleunigung im zylindrischen Cavity E(z) E0 z
Kreiszylindrisches Cavity Die Cavityparameter hängen vom Aufbau ab: Geometrie => Frequenz Material => Güte r0 z Beispiel: „DORIS“ Cavity mit r0 = 0.231 m gc
Feldstärke für den E010 Mode z
Beispiel für „Transit Time Factor“
Illustration für das elektrische Feld im Hohlraumresonator
Supraleitende Hohlraumresonatoren für Tesla und Röntgenlaser am DESY Hohlraumresonator mit 9 Zellen
Normalleitende Hohlraumresonatoren für LEP
Parameter für Cavities Shuntimpedance (Definition für einen Ringbeschleuniger) : Güte : Für das DORIS Cavity : Güte : 38000