Weiterentwicklung und Optimierung der Kontrolle der geschlossenen Gleichgewichtsbahn und des Modells der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA

Abstract

An der Beschleunigeranlage ELSA am Physikalischen Institut der Universität Bonn werden gegenwärtig zwei Experimente betrieben, welche die innere Struktur der Nukleonen untersuchen. ELSA zeichnet sich insbesondere durch die Fähigkeit aus, diesen Experimenten wahlweise einen Strahl polarisierter oder unpolarisierten Elektronen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere die Beschleunigung eines polarisierten Elektronenstrahls stellt herausfordernde Anforderungen an die Kontrolle der vertikalen Strahllage während der gesamten Phase der Beschleunigung und Extraktion. Basierend auf einer präzisen Kontrolle und Korrektur der geschlossenen Gleichgewichtsbahn werden dann noch zusätzliche Korrekturen zur Kompensation von Imperfektionsresonanzen notwendig. <br /> In der Vergangenheit hatte sich gezeigt, dass vor allem das Korrektursystem für die vertikale Strahllage aus technischen Gründen nicht dazu in der Lage ist geeignete Korrekturen bis zur maximalen Energie von 3,2 GeV anzubieten. Ebenfalls hatte sich gezeigt, dass die Verfahren zur Polarisationsoptimierung verbessert werden können. Die Integration in die bestehenden Strukturen hat sich dabei als schwierig herausgestellt. Aus diesen Gründen war eine Modernisierung des Korrektursystems inklusive der Modellierung und Ansteuerung geboten. <br /> Zunächst wurden daher umfangreiche Modernisierungen der Systeme zur Korrektur der geschlossenen Gleichgewichtsbahn umgesetzt. Dazu wurden neue Korrekturmagnete installiert und deren Ansteuerung durch dedizierte Netzgeräte modernisiert. Wesentliche Neuerungen der Systeme sind die deutlich verbesserten Anstiegszeiten bei gleichzeitiger Vergrößerung der Amplituden. Zusammen mit dem bestehenden System zur Messung der transversalen Strahllage konnten darauf basierende umfangreiche Messungen der Optik des Beschleunigers durchgeführt werden. <br /> Parallel dazu wurde auch die gesamte Softwareschicht zur Messung und Steuerung der Gleichgewichtsbahn erneuert. Hier musste zunächst eine deutliche Erweiterung und Modernisierung der Modellierung der Optik umgesetzt und in die Software integriert werden. Vergleiche von Messungen der Optik des Beschleunigers mit Vorhersagen verschiedener Modelle belegen die erfolgreiche Umsetzung. <br /> Die neu entwickelten Softwareschichten ermöglichen erstmals die Korrektur der Gleichgewichtsbahn direkt im Nachbeschleunigungsmodus. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung des Vorgehens und damit insgesamt zu präziseren Korrekturen. Mit dem neuen System lassen sich nun im Nachbeschleunigungsmodus Korrekturen der vertikalen Strahllage und zusätzliche Kompensationen aller auftretenden Imperfektionsresonanzen bis zur maximalen Energie von ELSA von 3,2 GeV erreichen.