SIS100 - Gepulste Magnete für Injektion und Extraktion des Ionenstrahls

 

Die Abteilung Ring HV ist für die Beschaffung und den späteren Betrieb von zwei neuen Kicker-Systemen für den zukünftigen Ringbeschleuniger SIS100 von FAIR verantwortlich.

Injektionskicker

Der SIS100 Injektionskicker lenkt die Teilchen aus dem Vorbeschleuniger SIS18 auf die Bahn des Ringbeschleunigers SIS100. Das Magnetfeld des I-Kickers hat eine vertikale Ausrichtung, durch das die Teilchen einen horizontalen Kick erfahren. In Abbildung 1 ist dieser Vorgang schematisch als Draufsicht auf das SIS100 dargestellt. 

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Abbildung1: Injektions-Kick

 

Der prinzipielle Schaltungsaufbau ist identisch zum SIS18-Kicker. Die elektrischen Parameter des I-Kickers sind in Tabelle 1 zu finden.

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Tabelle 1: Elektrische Daten I-Kicker

Der I-Kicker besteht aus sechs einzelnen Magneten, die sich in einem gemeinsamen Vakuumtank befinden, der in Abbildung 2 dargestellt ist.

 

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Abbildung 2: Vakuumtank und Abschlusswiderstände

Ein separater Magnet ist in Abbildung 3 zu sehen. Die Kupferspule mit der Windung sowie das Magnetjoch aus Ferritmaterial sind zu erkennen. Jeder der sechs Magnete hat eine eigene Versorgungseinheit (siehe Abbildung 4). Sie besteht im wesentlich aus einem Hochspannungsnetzgerät, Hochspannungsschaltern, Steuerungselektronik und dem pulsformenden Energiespeicher. Im Falle des I-Kickers ist der Energiespeicher ein Koaxialkabel mit einer Länge von ca. 200 m.

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Abbildung 3: I-Kicker Magnet
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Abbildung 4: Versorgungseinheit I-Kicker

EE-Kicker

Der Extraction- und Emergency-Kicker ist ein bipolarer Kicker, der einen vertikalen Kick nach oben und unten realisiert. Der Kick nach oben stellt den normalen Betrieb dar, bei dem der Strahl in Richtung der Experimentierplätze und Speicherringe abgelenkt wird. Hingegen wird der Kick nach unten nur in Fällen verwendet, in denen der Stahl unvorhergesehen gestoppt werden muss, um Schäden an der Anlage zu vermeiden.
Diese Notfälle können zum Beispiel durch das Versagen einzelner Beschleunigerkomponenten auftreten. Um mit einem Magnetsystem zwei Kickrichtungen realisieren zu können, muss der bereits vorgestellte Schaltkreis eines Kickers modifiziert werden.

Abbildung 5 zeigt den Schaltkreis des EE-Kickers.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass zwei Energiespeicher verwendet werden, zwischen denen sich der Kickermagnet befindet. Abhängig davon, welcher Schalter betätigt wird, kann die Richtung des Stromflusses und somit auch die Magnetfeldrichtung beziehungsweise die Kickrichtung beeinflusst werden.

 

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Abbildung 5: Schaltkreis EE-Kicker

 

Die elektrischen Daten sind mit einem Strom von 6140 A und einer Spannung von 80 kVidentisch zum Injektionskicker. Die Stromanstiegszeit liegt bei 900 ns und die maximale Pulslänge beträgt 7 µs. Aufgrund der größeren Pulslänge würden hier Kabel als Energiespeicher ein zu großes Raumvolumen einnehmen. Anstelle eines Kabels wird deshalb ein pulsformendes Netzwerk mit Kapazitäten und Induktivitäten eingesetzt, das eine höhere Energiedichte ermöglicht.

Der EE-Kicker besteht aus acht Magneten, die sich auf drei Vakuumtanks verteilen. In zwei Vakuumtanks befindet sich jeweils eine Dreiergruppe von Magneten, im dritten Tank lediglich zwei Magnete.
Abbildung 6 und Abbildung 7 zeigen konzeptuelle Modelle des EE-Kickers. Es ist zu sehen, dass im Gegensatz zum Injektionskicker ein Magnet zwei Kabelzuführungen aufgrund der Schaltungstopologie benötigt.

 

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Abbildung 6: EE-Kicker Vakuumtank
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Abbildung 7: EE-Kicker Magnete

 

 


 

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