The end magnets of the IFUSP race-track microtron booster

The end magnets of the IFUSP race-track microtron booster, second stage of the electron accelerator under construction at the Linear Accelerator Laboratory, are presented. They deflect, focus and return the beam to the accelerating section. Details about the project are discussed, Poisson code was used to give the final geometry of the end magnets. The end magnets incorporate auxiliary pole pieces (clamps) which create a reverse fringe field region that avoids the beam vertical defocusing and reduces the horizontal displacement produced by extended fringe fields (EFF). The small gap height used for the clamps provided reverse field distributions with fringe fields of short extensions, avoiding the traditional use of inactive clamps. Measurements and calculations concerning particle trajectories and reverse field distribution are presented. The floating wire technique, employing an original procedure to register orbits, was used to corroborate the calculated beam trajectories and represents a good experimental option in the lack of the accelerator beam. The experimental results showed agreement of about 0.1% with the calculations.

The IFUSP race-track microtron booster accelerator end magnets antisymmetric perturbations

We will present measurements and calculations related to the antisymmetric perturbations, and comparisons with the symmetric ones, of the IFUSP race-track microtron booster accelerator end magnets. These perturbations were measured in planes situated at +/-12 mm of the middle plane, in a gap height of 4 cm, for a field distribution of about 0.1 T. The measurements were done in 1170 points, separated by a distance of 8 mm, using an automated system with a +/-1.5 mu T differential Hall probe. The race-track microtron booster is the second stage of the 30.0 MeV electron accelerator under construction at the Linear Accelerator Laboratory in which the required uniformity for the magnetic field is of about 10(-3). The method of correction employed to homogenize the IFUSP race-track microtron booster accelerator magnets assures uniformity of 10(-5) in an average field of 0.1 T, over an area of 700 cm(2). This method uses the principle of attaching to the pole pieces correction coils produced by etching techniques, with copper leads shaped like the isofield lines of the normal component of the magnetic field measured. The ideal planes, in which these measurements are done, are calculated and depend on the behavior of the magnetic field perturbations: symmetric or antisymmetric with reference to the middle plane of the magnet gap. These calculations are presented in this work and show that for antisymmetric perturbations there is no ideal plane for the correction of the magnetic field; for the symmetric one, these planes are at +/-60% of the half gap height, from the middle plane. So this method of correction is not feasible for antisymmetric perturbations, as will be shown. Besides, the correction of the symmetric portion of the field distribution does not influence the antisymmetric one, which almost does not change, and corroborates the theoretical predictions. We found antisymmetric perturbations of small intensity only in one of the two end magnets. However, they are not detected at +/- 1 mm of the middle plane and will not damage the electron beam.

Untersuchungen zur Strahldynamik am Harmonischen Doppelseitigen Mikrotron von MAMI-C

Das Institut für Kernphysik der Universität Mainz betreibt seit 1990 eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für kern- und teilchenphysikalische Experimente – das Mainzer Mikrotron (MAMI-B). Diese Beschleunigerkaskade besteht aus drei Rennbahn-Mikrotrons (RTMs) mit Hochfrequenzlinearbeschleunigern bei 2.45 GHz, mit denen ein quasi kontinuierlicher Elektronenstrahl von bis zu 100 μA auf 855MeV beschleunigt werden kann.rnrnIm Jahr 1999 wurde die Umsetzung der letzten Ausbaustufe – ein Harmonisches Doppelseitiges Mikrotron (HDSM, MAMI-C) – mit einer Endenergie von 1.5 GeV begonnen. Die Planung erforderte einige mutige Schritte, z.B. Umlenkmagnete mit Feldgradient und ihren daraus resultierenden strahloptischen Eigenschaften, die einen großen Einfluss auf die Longitudinaldynamik des Beschleunigers haben. Dies erforderte die Einführung der „harmonischen“ Betriebsweise mit zwei Frequenzen der zwei Linearbeschleuniger.rnrnViele Maschinenparameter (wie z.B. HF-Amplituden oder -Phasen) wirken direkt auf den Beschleunigungsprozess ein, ihre physikalischen Größen sind indes nicht immer auf einfache Weise messtechnisch zugänglich. Bei einem RTM mit einer verhältnismäßig einfachen und wohldefinierten Strahldynamik ist das im Routinebetrieb unproblematisch, beim HDSM hingegen ist schon allein wegen der größeren Zahl an Parametern die Kenntnis der physikalischen Größen von deutlich größerer Bedeutung. Es gelang im Rahmen dieser Arbeit, geeignete Methoden der Strahldiagnose zu entwickeln, mit denen diese Maschinenparameter überprüft und mit den Planungsvorgaben verglichen werden können.rnrnDa die Anpassung des Maschinenmodells an eine einzelne Phasenmessung aufgrund der unvermeidlichen Messfehler nicht immer eindeutige Ergebnisse liefert, wird eine Form der Tomographie verwendet. Der longitudinale Phasenraum wird dann in Form einer Akzeptanzmessung untersucht. Anschließend kann ein erweitertes Modell an die gewonnene Datenvielfalt angepasst werden, wodurch eine größere Signifikanz der Modellparameter erreicht wird.rnrnDie Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass sich der Beschleuniger als Gesamtsystem im Wesentlichen wie vorhergesagt verhält und eine große Zahl unterschiedlicher Konfigurationen zum Strahlbetrieb möglich sind – im Routinebetrieb wird dies jedoch vermieden und eine bewährte Konfiguration für die meisten Situationen eingesetzt. Das führt zu einer guten Reproduzierbarkeit z.B. der Endenergie oder des Spinpolarisationswinkels an den Experimentierplätzen.rnrnDie Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden teilweise automatisiert, so dass nun den Operateuren zusätzliche und hilfreiche Diagnose zur Verfügung steht, mit denen der Maschinenbetrieb noch zuverlässiger durchgeführt werden kann.