Untersuchung von Raumladungseffekten in intensiven Schwerionenstrahlen

(Space Charge Effects in Intensive Heavy Ion Beams)


Diplomarbeit von Patrick Jöckel, Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt & Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) Darmstadt, 1997


Zusammenfassung
Zur Erzeugung dichter Plasmen in Festkörpern mit Hilfe intensiver Schwerionenstrahlen ist es notwendig, den Teilchenstrahl für die Dauer eines gesamten Strahlpulses auf einen möglichst kleinen Brennfleck zu fokussieren, um eine ausreichende Energiedichte zu erhalten. Dieser zeitlich stabilen Fokussierung setzt bei hohen Strahlintensitäten die Raumladung des Strahls aufgrund der Strahlpulsstruktur eine prinzipielle Grenze. Für die Entwicklung neuartiger Fokussiersysteme mit dynamischer Raumladungskompensation ist die Kenntnis der Strahldynamik in Fokussiersystemen von entscheidender Bedeutung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Einflusses der Raumladung auf die Dynamik des Strahls bei der Fokussierung mittels linearer Fokussiersysteme (Quadrupolfokussierung). Auf der Basis eines von Kapchinskij und Vladimirskij erstmals vorgeschlagenen Modells (KV-Modell) wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, das Vorhersagen über die Veränderung des Strahlquerschnitts für einzelne Strahlpulse (Bunche) erlaubt. Die Ergebnisse von ausgewählten Modellrechnungen werden vorgestellt. An einem 27-MHz-RFQ-Beschleuniger (He+, Ekin= 17.6 keV/u, Imax= 0.8 mA) wurde ein Fokussierexperiment aufgebaut. Der experimentelle Aufbau wird vorgestellt und die damit verbundenen Messmöglichkeiten erläutert. Für die zeitaufgelöste Diagnose des Strahlquerschnitts wurden zwei Messmethoden mit unterschiedlichen Kamerasystemen erprobt. Die Ergebnisse von ersten Messungen an Strahl-Makropulsen (über mehrere Bunche integriert) werden vorgestellt und der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den Modellrechnungen diskutiert.

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