DESY M002-Bericht vom 16.01.01_PDF Version
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Interne Bericht DESY M002 Dezember 2000 TTF-Feedback-Kicker F. Obier, DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg Allgemeines Ein Feedbacksystem zur Strahllagekorrektur des Bunchzuges ist für den stabilen Betrieb des TESLA Linearcollider von großer Bedeutung. Da Korrekturen der Bunchablage von Bunch zum nächsten Bunch erfolgen soll, benötigt man schnell Kickermagnete mit Anstiegszeiten von weniger als ≤ 70ns. Das folgende Bild zeigt einen Schematischen Aufbau des Feedback-System. Beim Besputtern eines Keramikrohres sind folgende Punkte zu beachten: • Die Größe der Abschwächung des Feldes bei der Durchdringung einer Kammerwand. Die Wahl des zu besputtenden Materials. Die Größe der Abschwächung des Feldes durch eine Kurzschlusswindung Die Schichtdicke um die Wärme abzuführen, die durch den Strahl entsteht. • • • Die Feldschwächung bei der Durchdringung einer Kammerwand lässt sich wie folgt berechnen. Kx1 = Abschwächungsfaktor E1 = Elektrisches Feld vor Durchdringung der Kammer [V/m] E2 = Elektrisches Feld nach Durchdringung der Kammer [V/m] µo = Magnetische Feldkonstante [Vs/am] µr = Permeabilitätszahl des Stoffes [--] κ = Elektrische Leitfähigkeit [1/Ω*m] f = Frequenz [Hz] tp = Pulszeit [s] Kicker Der Kicker besteht aus 2 stromleitenden Halbschalen und aus 4 Ferriten, die vertikal oder horizontal um ein gesputtertes Keramikrohr angeordnet sind. So sind alle Kickerteile außerhalb des Vakuums. Das spart HochspannungsDurchführungen und vermeidet Staub im Vakuum. f K x1 Bild 1 Kicker ohne Keramik-Rohr = E2 E1 = 1 1 = t 2 ⋅ tp = e − µo ⋅ µr ⋅ κ ⋅ π ⋅ f ⋅ x1 Der Kicker muss einen genauen Wellenwiderstand von ZKicker = 50Ω in einem Frequenzgang von 100kHz-30MHz aufweisen, um Reflektionen zu vermeiden. Feldschwächung bei einer Durchdringung einer Kammerwand 1,001 1 Abschwächungsfaktor 0,999 R' ⋅ G' ⋅ = Z Edelstahl f=20 MHz Titan f=20 MHz Kupfer f=20 MHz 0,998 0,997 jω L ' j ω C' Der Wellenwiderstand lässt sich durch den Aufbau des Kickers beeinflussen. 0,996 Der Widerstandsbelag und der Leitwertsbelag wird durch das Leitermaterial und durch die Leiterabmessungen beeinflusst. Der Induktivitätsbelag wird durch die Leiterlänge und durch das Leiterprofil beeinflusst. Der Kapazitätsbelag wird durch unterschiedliche Abstände von • Leiter, Gehäuse • Leiter, Leiter • Leiter, V2A Besputterung der Keramik und durch unterschiedliche Dielektrikas z.B. • Ferrit • Keramik beeinflusst. 0,995 0 0,00000001 0,00000002 0,00000003 0,00000004 0,00000005 0,00000006 0,00000007 0,00000008 Dicke der Kammerwand Bild 3 Abhängigkeit der Feldschwächung bei unterschiedlichen materialen Bei der Besputterung des Keramik-Rohres wurde gezielt V2A als Material verwendet, denn je größer Leitfähigkeit und Dicke der Schicht sind, umso größer ist die Abschwächung des Feldes durch den Skineffekt. Da die Keramik im Inneren komplett besputtert ist, entsteht in Längsrichtung eine Kurzschlusswindung, die das Feld abschirmt. Je größer die Leitfähigkeit des Besputterten Materials desto effizienter ist die Abschirmung durch die Kurzschlusswindung. Da sich die Keramik durch eine schnelle Bunchfolge erwärmt, darf die V2A Schichtdicke nicht zu dünn sein, da sonst die Wärmeableitung zu gering ist. Dieses kann zu Beschädigungen der Besputterung führen. Das Keramik-Rohr muss innen Besputtert werden, da es bei einer äußeren Besputterung zur Aufladung der Keramik durch vagabundierende Elektronen kommt. Aus diesen Überlegungen heraus wurde das Keramik-Rohr innen mit einer V2A Schicht von 1µm beschichtet, dabei ergibt sich eine effektive Gesamtfeldschwächung ca. 5% Bild 4 Impedanzverlauf im Bereich von 1-30MHz Ferrite werden benutzt um das magnetische Feld des Kickers zu vergrößern d.h. B = µ0 ⋅ µr ⋅ H Die Permeabilität des Ferrits muss also möglichst groß sein und darf sich im verwendeten Frequenzbereich nicht ändern, da sich sonst der Wellenwiderstand ändert. Der verwendete Ferrit hat eine Permeabilität von 35 im einem Frequenzbereich von 1-20MHz Bild 3 Keramik 2 Verstärker Es wird ein Röhrenverstärker des Herstellers Kalmus Engineering Modell R137C verwendet, der schon bei anderen Feedbacks auf dem DESYGelände eingesetzt wird. Der Verstärker R137C hat folgende Spezifikation: Frequenzgang 10kHz – 220MHz Verstärkung 60dB Ausgangs-Leistung 1000W Ein.-Ausgangswiderstand 50Ω Bild 6 Einbauplatz in TTF Bild 5 Prinzip-Schaltung Hinweise Kicker Daten Messungen am Kicker haben gezeigt, dass durch aus Anstiegszeit von t r = 16,5ns erreicht werden können. Damit haben wir das gesetzte Ziel von Anstiegszeiten von ≤ 70ns erreicht. Die Feldaufbauzeit beträgt ffeld = 28ns. Energie Bxl Pulsstrom Pulsspannung Freies Gap Leiterradius Leiterlänge Kickerlänge Wellenwiderstand Feldaufbauzeit Anstiegszeit Ablenkwinkel 200MeV 27,6µT 6,3A 316V ∅ 38mm 25mm 300mm 330mm 50Ω 28ns 16,5ns 33,12µrad 3 [1] J.Rümmler, Kickersystems for the TESLA tranverse Feedback, DESY M003-2000 [2] I. Reyzl, R.-D. Kohaupt, Fast Feedback Systems for Orbit Correction in the TESLAR Linear Collider ,PAC New York, 1999 [1] J.Rümmler, New Transverse Feedback Kicker Systemsin the Positron Intensity Accumulator (PIA)Ring,1996
