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Anne Oppelt Technisches Seminar 14.6.2011 1

Neues von PITZInhalt1. Ergebnisse von PITZ1.82. Aktuelle Umbauaktivitäten3. Die Zukunft von PITZ

- Mit Folien von F.Stephan, M.Krasilnikov, M.Sachwitz -


Umbau 2010: PITZ1.8


• neue Gun mit 10 MW-Richtkoppler→ verbesserte RF-Regelung / Phasenstabilität

• CDS-Booster→ höhere Strahlenergie, bessere Emittanz

• Tomographiemodul→ alternative Phasenraumvermessung

Umbau 2010: PITZ1.8


Phasenstabilität

Gun(E0,φ)

T-combiner

10-MW klystron

forward1 reflected1 reflected2 forward2

Verbesserung der Phasenstabilitätdurch RF-Regelung auf die Signaledes neuen 10 MW-Richtkopplers(nahe der Gun, im Vakuum) anstelle der zwei 5 MW-Richtkoppler(vor T-Combiner, in SF6)


Phasenstabilität

[μs]

2009 (kein FB)Rekonstruierte FPGA-Phasebasierend auf den Signalen von zwei 5 MW-Richtkopplern

2010/11 (FB on)Gemessene FPGA-Phasevom 10 MW-Richtkoppler

[μs]

Phase bleibt flach über den gesamten Elektronenpulszug

Phasenfluktuationen:1-1.5 deg (peak-peak)0.2-0.3 deg (rms)

Phasenänderung ~5 deg / 40 μs

Phasenfluktuationen:10-15 deg (peak-peak)2-4 deg (rms)


EmittanzmessungMessung mit Schlitztechnik (EMSY):- Strahlgröße auf Schirm an der

Position der Schlitze- Strahldivergenz durch Beobachtung

der ‘Beamlets’ nach Driftstrecke auf Analyseschirm

Skalierte 100%-Emittanz:

EMSY1 (z = 5.74 m)Analyseschirm

2.64 m

Schlitzmaske

222

2xxxx

xx

n ′−′⋅= βγσε

Skalierungsfaktor ( >1 )korrigiert unterschätzte Größe

von Beamlets niedriger Intensität


Emittanzmessung 2009[mit TESLA-Booster (<15 MeV) und schlechterer Phasenstabilität]

XFEL: Slice-Emittanzam Undulator (1 nC)

LCLS1 nC

LCLS0.25 nC

XFEL kann mit14 GeV betrieben werden

und somit 33 M€eingespart werden


Emittanzmessung 2011erhöhte Strahlenergie

+besseres Laserprofil

+signifikant bessereRF-Phasenstabilität

Emittanz-Weltrekordbei verschiedenen

Strahlladungen

Dank an alle, die dies ermöglichten!

Weitere Verbesserungder Messwerte von 2009!

(Ergebnisse sind noch nicht veröffentlicht)


Phasenraum-TomographieTomographiemodul:Periodische Anordnung von Quadrupol-magneten und Leuchtschirmen zurVermessung des Phasenraumes


Dunkelstrom vom Booster

Elektronenstrahl (6 MeV)

GunBooster DipolDunkelstrom (18 MeV)

Deckel

Boden

TLD

LEDA: Messungdes Energiespektrums

Problem: seit Okt. 2010 erhöhte Strahlung am Thermo-Lumineszenz-Detektor (TLD) Nr. 9 (Rückwand PITZ)

Ursache: Booster erzeugt Dunkelstrom;bei Betrieb des LEDA-Dipols kann dieser entgegen der normalen Strahlrichtung zur Tunneldecke gelangen


Dunkelstrom vom BoosterAuswertung TLD Nr. 9 (August 2010 – Mai 2011)

ca. 3 μSv/h(gemittelt)

→ ca. 6 mSv im Arbeitsjahr (bei 2000 Arbeitsstunden)

Strahlenschutzverordnung:Bevölkerung: 1 mSv/a zusätzlich zur natürlichen StrahlenbelastungBeruflich strahlenexponierte Personen (Kat.B): bis 6 mSv/a


1.Lage 2.LageSchwerbeton

23. Mai 13:21 27. Mai 10:08

Dunkelstrom vom BoosterPANDORA Z-45 (Reserve) wurde am 20. Mai 10:57:15 in Höhe der TLD Nr.9 installiert und 2 Schichten Schwerbeton gelegt.

~55 μSv/h*

~10 μSv/h*

~4 μSv/h*

* Maximalwert (Dipol an)



190 315 1020 4050 2870 1800 310430 920 436 650 480 375 300310 614 1090 1021 1100 375 300

250 255 305 300 300 275 250

48cm

TLD Nr. 9PANDORA Z-45

48cm

48cm Messung der maximalenDosisleistungswerte (nSv/h) am So, 29.Mai 10:30 – 11:15 han der Stirnseite von PITZ(mit 2 Lagen Schwerbetonsteinen)



13588

75

80

708573

75

87

78

78

110

4050

70 73 76 75

85

1088583

Messung der maximalenDosisleistungswerte (nSv/h) am So, 29.Mai 10:30 – 11:15 hin und vor dem Laborgebäude

Natürliche Strahlenbelastung→ KW ~70 nSv/h→ Freiburg/Br. ~190 nSv/h


Mögliche Maßnahmen:• Vermeidung der Strahlungsspitzen

durch Abschirmung des Dunkelstroms• Schwerbeton schütten (Hochbord, ca. 48 cm)• Anbringen einer Bleiabschirmung im Tunnel (ca. 8 cm)oder Kombinationen davon


~4 μSv/h

~720 nSv/h

~150 nSv/hTest am 1.6.2011 11:00 – 11:20 h

Schirm reingefahren

Ventil geschlossenMaximalwert

(Dipol optimiert)


1. Austausch Gun-RF-System → höhere Leistung vom Toshiba-Thompson-System

2. RF-Deflektor→ zeitaufgelöste Messungen

(z.B. Bunchlänge)

Umbau 2011: PITZ2


beam dump

DISP3.Scr1

DISP3.Scr2

electronbeam

3. HEDA2→ hochauflösende Messungen

mit langen Pulszügen

Umbau 2011: PITZ2


• jetziger Shutdown bis ≥ Oktober 2011

• Messprogramm mit PITZ2 bis Sommer 2012

• Installation und Konditionierung XFEL-Gun

Danach:

• neues Lasersystem: 3D-Laserpulse (Ellipsoide) für

bessere Emittanz, weniger Halo, kürzere Bunchlänge

• Umbau von PITZ für die Erzeugung ultrakurzer Pulse

(neuer Modus für XFEL), ggf. (Laser-)Plasmabeschleunigung

Ausblick


Ultrakurze Bunche1. Ellipsoide Laserpulse

Finanzierung durch BMBF, Realisierung 2012

2. Bunchkompressor

L-BandGun

CDSBooster

Chicane

3m 4.7m0m

QF QD

6.9m 7.35m

von PITZ2


Relative z position, mμ

Mom

entu

m in

z, [

keV

/c]

170

-60-3.4 4.4

Longitudinaler Phasenraum und Strahlstrom nach Kompression

Ultrakurze Bunche

LadungStrahlgröße / Bunchlänge

mx μσ 7.10= my μσ 3.4=fst 3=σ

pCQ 1=

→ Option für (Laser-) Plasmabeschleunigung


(Laser-) PlasmabeschleunigungFunktionsprinzip:

1. Wellenanregungdurch einen extrem leistungsstarken Laser oderdurch den Elektronenstrahl selbst

2. Elektroneninjektion→ Beschleunigung (von Teilen)

des Elektronenstrahls

extrem kurze Beschleunigersind möglich


Zusammenfassung

1. PITZ hat sehr gute Ergebnisse erzielt, z.B. Weltrekord-Emittanzen produziert.

2. Endlich vollständig: Der Umbau zur Ausbaustufe PITZ2 hat begonnen und wird im Herbst 2011 realisiert sein.

3. Und es geht immer weiter:Neuartige und weltweit einmalige Beschleunigerexperimente können mit dem Photoinjektor-Teststand in Zeuthen durchgeführt werden!

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