Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 8b Diagnostik. Diagnostik er en accelerators øjne og ører

Transkript

1 Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 8b Diagnostik Diagnostik er en accelerators øjne og ører En accelerator er ikke bedre end dens diagnostik Diagnostik findes i mange varianter og afskygning muligt at gå i detalje med alting Diagnostik

2 Meget udbredt Plade påsmurt et fluorescerende materiale køres ind og ud af beamet Giver intensitet, position og beamstørrelse Meget visuel Kvantitativ via framegrabber Kan have problemer med mætning Destruktiv Bruges ofte Lineære maskiner transfer beamlines til indkøring af synkrotroner Fluorescerende skærme Optical Transistion Radiation (OTR) Når en ladet partikel krydser en grænse mellem to forskellige brydningsindeks udsendes lys Lyset udsendes i en konus med θ 1/γ Bruges kun hvor γ>>1 SR ringe (elektroner) Mætter ikke!

3 Faraday cup MEGET brugt til strømbestemmelse specielt til transferlines (lav-energi) Destruktiv Med et følsomt amperemeter kan man måle fa Wall-Current monitor Opfange spejlladningerne i vakuumkammeret Mere prof har man en ordentlig skærm (med ferritringe til at sænke cut-off frekvensen)

4 Beam Transformer (Current Transformer) Puls gennem ferritkerne giver puls i sekundær vindingerne Med en simpel spole ses blot den afledte af strømmen Beam Transformer 2 Adderer modstand og kapacitet Får nu pulsen (med en vis rise-time og droop-time) out ( t) I ( t) beam Baseline skifter Ser kun AC Kun pulseret beam Båndbredder op til 2 GHz Risetime: ~200 ps Droop: ~1%/µs Følsomhed : ~1 ma (nemt) Bruges i transfersbeamlines, boostere og ringe til optimering af injektion (og ekstraktion)

5 DC Current Transformer (DCCT) For at måle DC strømmen bruges en DCCT DC strømmen vil oftest være den mest vigtige enkelt parameter Eksempler Bergoz NPCT (en DCCT) Følsomhed: ~5 µa/sqrt(hz) Ranges: 20 ma, 200 ma, 2 A, 20 A Bergoz FCT (Fast Current Transformer)

6 Levetid Partiklerne tabes over tid af forskellige grunde Stød med restgassen Indbyrdes stød (Intra Beam Scattering IBS) Store energi afvigelser via udsendelse af synkrotron stråling Oftes (lokalt) eksponentiel henfald Hvis levetiden varierer kan man lave lokalt fit Position pickups - ioner Diagonal skåret skotøjsæske Sum signal fra ELISA (3 omgange) Kan se få na (med midling)

7 Button Pickups Standard for elektron ringe til BPM (Beam Position Monitor) 4 knapper anbragt symmetrisk omkring beamet Relativt nemt få sub-µm præcision Kun lineær tæt omkring centeret Kalibrerer centeret vha. nærtsiddende Qpol k X x = k Y y = Button Pickups 2 - dlæsning

8 Placering af pickups For positionbestemmelse til orbit korrektion Bør sidde hvor beta er stor Bør have 4 pickups per betatronsvingning N pickups >=4*Q I praksis vælges så det passer med symmetrien Meget følsom pickup Retningsfølsom Striplines Også meget effektiv til eksitation af beamet Dyrere end buttom pickup (derfor ikke 100 vis på en ring)

9 Synkrotron Stråling Synkrotron strålingen kan afbilledes på et kamera og give megen information om beamet Position Beamstørrelser emittans Intensitet Instabiliteter Ganske gratis Tune måling Kan kun måle fraktionen indenfor 0.5 Kan måle ved brug af resonant eksitation eller ved impuls eksitation (hurtigt kick) tilsvarende målinger af synkrotron frekvensen

10 Dispersion: Måling af optiske parametre Det er let at vise at Betafunktionen i en Q-pol: Varier k Qpol shunt Chromacitet: Mål Q for forskellige Δp/p Emittansmåling Mål beamstørrelsen 3 (passende) steder Hvis man ved hvordan beamstørrelsen burde udvikle sig kan man beregne emittansen Alternativ til 3 steder: Mål for 3 forskellige Q-pol settings Q-pol scan

11 ASTRID2 diagnostik ASTRID2 transfer beamline diagnostik 10.0 m Ikke endelig placering

12 ekstra materiale Beam Loss Monitor Mange typer Ioniseringskammer Scintillator fotomultiplier Pindiodes Placeres rundtomkring så man kan bestemme hvor beamtab forekommer Mere følsom end f.eks. DCCT en Kræver høj-energetiske partikler Bergoz Pin diode BLM

13 Skraber målinger Hvis man kører en skraber ind i beamet og moniterer strømmen, kan man bestemme emittansfordelingen Husk at partiklerne udfører betatron svingninger frem og tilbage med en maksimal amplitude εβ Schottky Scans Betragt en enkelt partikel i en lagerring Mange partikler med forskellig omløbsfrekvenser Giver også signal for coasting (DC) beams pga. statistiske fluktuationer Antallet af partikler indenfor en givet længde vil variere med N Kan bruges både longitudinalt og transversalt

14 Schottky måling På GSI, Darmstadt bruger man Schottky målinger til at bestemme massen af sære, sjældne atomkerner Secondary-Emission Monitor (SEM) Måler strømmen væk fra et folie eller en tråd pga sekundær elektronudsendelse Med mange tråde kan man måle en profil

15 Wire-scanner Ofte kan man ikke have en tråd inde i beamet i ret lang tid pga. beamdestruktion Derfor bruger man en hurtig flyvende tråd Kan måle enten strømmen direkte eller sekundære elektroner Multi-Wire Chamber Beamet ioniserer gassen. Elektronerne opfanges af trådene, og måles Meget stor dynamisk område (ændre gastrykket) Reference detektor for Partikel Terapi beams Position og intensitet Vigtigt for præcist at kunne ramme tumoren

16 Ioniseringskammer Beamet ionisere en gas. Kan igen måle strømmen. Meget følsom detektor Beam Loss Monitor Gas Curtain Noget specielt ting Elektroner fra gasjet en accelereres til en scintillator, og kan så fotograferes

17 Residual-Gas Monitor Det tyndeste target er blot restgassen