Elektrostatische Septa für die Injektion und Extraktion des Ionenstrahls

 

 

Das elektrostatische Injektionsseptum wird verwendet um den Strahl des Linearbeschleunigers UNILAC in den Ringbeschleuniger SIS18 einzulenken. Dabei handelt es sich um eine sogenannte „Multiturninjektion“. So wird der Ring nicht in einem, sondern in vielen Umläufen befüllt.

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Möglich ist dies durch spezielle ionenoptische Einstellungen des SIS18. Durch das Septum fliegt der bereits umlaufende Strahl durch eine hohle Anodenkonstruktion, während der hinzukommende „injizierte“ Strahl durch ein elektrisches Feld parallelisiert und sehr dicht herangeführt wird. Im Bild unten rechts ist nochmals die Konstruktion in Flugrichtung dargestellt.

 

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Die Anodenkonstruktion besteht aus vielen,
eng nebeneinander angeordneten, mittels Federn gespannten Drähten.
Ein einzelner Draht hat dabei nur einen Durchmesser von 0,1 mm. Die Kathode besteht aus eloxiertem Aluminium.

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Unser Injektionsseptum wird von außerhalb des Ringtunnels mit Spannung versorgt.
Bei einem Überschlag im 1,5 m langen Elektrodensystem, macht sich die Kapazität der langen Zuleitung als Energiespeicher negativ bemerkbar.

Um Beschädigungen im Elektrodensystem zu verhindern steht nahe dem Septum ein Hochspannungsvorwiderstand.
Versorgt wird die Einheit durch ein 300 kV-Netzteil unter Verwendung von Spannungen bis 180 kV.

Bei einem Elektrodenabstand von 3 cm wird zur Ablenkung des injizierten Strahls ein Feld von bis zu 60kV/cm genutzt.

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Analog zum Injektionsseptum gibt es auch ein Septum zur langsamen Extraktion des Strahls zu den Experimenten. An diesem wird ein Teil des Strahls nach der Beschleunigung ausgelenkt. Aufgrund der höheren kinetischen Energie werden hier bei gleicher Elektrodenlänge höhere Felder benötigt. Dies erreicht man durch einen geringeren Abstand der Elektroden von nur 2 cm.

Bei der maximalen Spannung des dort verwendeten Netzgerätes können 80 kV/cm genutzt werden.

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Auch im SIS100 wird es ein elektrostatisches Extraktionsseptum geben. Aufgrund der erhöhten Biegesteifigkeit des energiereichen Ionenstrahls und den Grenzen, die durch das maximale elektrische Ablenkfeld gesetzt sind, muss für den gewünschten Ablenkwinkel eine deutlich längere Konstruktion mit ca. 5m Länge gebaut werden.

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