Linac II & PIA




Linac II und PIA

Linac II und PIA stehen am Anfang der Beschleunigerkette für Elektronen bzw. Positronen bei DESY. Eine Quelle (electron source) erzeugt einen Gleichstrom von Elekronen bei einer Strahlenergie von 150 keV. Dieser Elektronenstrahl wird im nachfolgenden Injektor so präpariert, dass er in insgesamt fünf Beschleunigerabschnitten (accelerator sections) auf eine Energie von 450 MeV beschleunigt werden kann. Sollen Positronen erzeugt werden, wird der Strahl auf einer Konversionstarget gelenkt, und die erzeugten niederenergetischen Positronen werden in den nachfolgenden Beschleunigerabschnitten eingefangen und wiederum auf 450 MeV beschleunigt. Zwei weitere Beschleunigerabschnitte dienen der genauen Einstellung der Strahlenergie. Im Speicherring PIA wird der Strahl schliesslich akkumuliert. Die für die Beschleunigung notwendige elektrische Leistung wird vom Hochfrequenzsystem , bestehend aus Modulatoren, Klystrons und so genannten SLED Cavities zur Verfügung gestellt.

 


 

 

 


 




Der Injektor

In der Elektronenquelle des Linac II werden 3 µs lange Gleichstrompulse von bis zu 6 A Strahlstrom erzeugt und elektrostatisch auf 150 keV Energie beschleunigt. Ein Choppersystem, das aus einem ablenkenden Plattensystem sowie einem Kollimator besteht, schneidet aus dem ursprünglichen Puls deutlich kürzere Pulse mit einer Länge von bis zu 60 ns heraus. Sie werden zunächst in einen so genannten Prebuncher eingeschossen, einen Hochfrequenzresonator, der bei 3 GHz betrieben wird. Gemeinsam mit dem ersten Beschleunigungsabschnitt prägt dieser Resonator dem 60 ns langen Strompuls eine Unterstruktur auf, die für die weitere Beschleunigung geeignet ist. Am Eintritt in den Beschleuniger stehen typ. 50 mA für den Elektronenbetrieb oder 2-3 A für die Positronenerzeugung zur Verfügung.




Die Elektronenquelle

Die Elektronenquelle zur Erzeugung des 150 keV Strahls besitzt eine außergewöhnlich große Kathode von 28 cm2, die über einen so genannten Bombarder mit 3 kV, 400 mA Elektronen geheizt wird. Die Form der Kathode, eine Fokussierelektrode sowie die Anodengeometrie bestimmen die Eigenschaften des Elektronenstrahls. Die Beschleunigungsspannung zwischen Kathode und Anode beträgt 150 kV. Die Hochspannungspulse werden mittels einen Puls formenden Netztwerkes (PFN) erzeugt.




Das Choppersystem

Das einem Kondensator ähnliche Plattensystem wird vor und nach dem bis zu 60 ns langen Puls auf positive bzw. negative Spannung gelegt, so dass der Elektronenstrahl abgelenkt und auf einem Kollimator gestoppt werden kann.




Das Konversionstarget

Für die Positronenerzeugung wird der Elektronenstrahl auf eines der beiden 7 mm dicken Wolfram (Tungsten) Targets gelenkt. Es entstehen Elektronen und Positronen, die in einer 1.8 T starken Solenoidspule fokussiert werden. Gemeinsam mit dem nachfolgenden Beschleunigerabschnitt werden so die Positronen eingefangen. Sollen Elektronen geliefert werden, so wird der Strahl mittels Korekturspulen durch eine 5 mm Blende im Wolfram-Target geführt.




Das Hochfrequenz-System

Das Hochfrequenz-System zur Versorgung der Beschleunigerabschnitte besteht pro Abschnitt aus einem Modulator, einem Klystron vom Typ TV2002 DoD, sowie einem so genannten SLED (SLAC Energy Doubler)-Cavity, in dem die HF-Pulse von 4µs, 25 MW auf 800 ns, 100 MW verkürzt werden. Auf diese Weise können die Beschleunigerabschnitte mit einer Leistung versorgt werden, die eine maximale Beschleunigungsfeldstärke von 17 MV/m erlaubt.




Die Beschleunigungsabschnitte

Die 5.2 m langen Beschleunigerabschnitte werden als so geannten Wanderwellen-Strukturen im (2 pi / 3) - Mode betreiben. Die Betriebsfrequenz ist 2.998 GHz, was einer HF-Wellenlänge von 10 cm räumlich bzw. 330 ps zeitlich entspricht. Die Füllzeit der Strukturen ist 0.74 µs; die Gruppengeschwindigkeit nimmt von 3.5 auf 1.3% ab.




Der Positronen Intensitäts-Akkumulator

Im Positronen Intensitäts-Akkumulator werden die aus dem Linac II ankommenden Positronen (aber auch Elektronen) eingefangen. Dabei geht die 3 GHz Zeitstruktur des Linac II vollkommen verloren. Mit Hilfe der beiden Hochfrequenz-Systeme (10,4 MHz und 125 MHz) wird die Teilchenpakete für den Transfer zum nachfolgenden Beschleunigerring DESY II neu formiert. Der Teilchentransfer wird unter Zuhilfenahme von schnell gepulsten Magneten (Kicker und Septa) eingeleitet.