Breitbandige Feedback-Systeme zur Dämpfung kohärenter Strahlinstabilitäten am Stretcherring ELSA

Abstract

Für zukünftige Hadronenphysik-Experimente an der Bonner Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA wird eine Erhöhung der Intensität des extrahierten Elektronenstrahls angestrebt. Die dazu im ELSA Stretcherring erforderliche Speicherung und Beschleunigung interner Strahlströme von bis zu 200 mA wird insbesondere durch Strahlinstabilitäten begrenzt, bei denen es sich um angeregte, kohärente Schwingungen der Strahlelektronen handelt, die zu einer Verschlechterung der Qualität des Strahls führen und deren Schwingungsamplituden resonanzartig bis zum Strahlverlust anwachsen können.<br /> Als Gegenmaßnahme wurden Multi-Bunch Feedback-Systeme am ELSA Stretcherring zur aktiven Dämpfung der Strahlinstabilitäten aufgebaut. Diese Regelsysteme bestimmen nach Detektion der Auslenkung der Ladungsschwerpunkte der 274 im Stretcherring gespeicherten Bunche mittels digitaler Signalprozessoren für jeden einzelnen Bunch ein unabhängiges Korrektursignal. Die Signale steuern breitbandige Kickerstrukturen an, die durch phasenrichtige, elektromagnetische Korrekturimpulse die kohärenten Schwingungen der Elektronen dämpfen. Die für alle drei Schwingungsebenen realisierten Systeme sind durch eine analoge Bandbreite von 250 MHz und eine Datenverarbeitungsrate von 500 MHz gekennzeichnet; sie können daher bei ausreichender Dämpfungsleistung die Anregung aller möglichen Schwingungsmoden der gespeicherten Bunchen unterbinden. <br /> Neben der Auslegung und dem Aufbau der Multi-Bunch Feedback-Systeme sowie der Entwicklung longitudinaler und transversaler Kickerstrukturen wird die erfolgreiche Inbetriebnahme der Systeme für alle drei Ebenen am Stretcherring in dieser Arbeit behandelt. Die während der Inbetriebnahme durchgeführten Messungen zeigen außerdem die zusätzlichen Einsatzmöglichkeiten der Systeme für zukünftige Instabilitätsstudien, strahldiagnostische Untersuchungen und für die Einzel-Bunch-Erzeugung am Stretcherring auf. Ferner bestätigen die im Nachbeschleunigungsmodus aufgenommenen Messungen den erfolgreichen Betrieb des longitudinalen Feedback-Systems auch während der schnellen Energierampe von 1,2 GeV auf 3,2 GeV bei einer Rampgeschwindigkeit von 4 GeV/s.