M-Bereich-Gruppen

Abbildung 113: DESY III Resonator.

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Arbeiten der Gruppendes Bereichs Beschleuniger

Beschleunigerphysik undBeschleunigerkoordination

Die Gruppe ,,Beschleunigerphysik“ MPY und die Ko-ordinationsgruppen befassen sich vorwiegend mit derEntwicklung, Inbetriebnahme und Verbesserung allerbei DESY befindlichen Beschleuniger und Speicher-ringe.VieleArbeitendieserGruppensindbereits imAb-schnitt Beschleuniger erwähnt worden. Einige Arbeitensollen hier erläutert werden.

Fortführung der Studienzur Elektronenkühlung in PETRA

Wie im vorigen Jahresbericht erwähnt wurde, ist eineOption für die längerfristige Zukunft von HERA dieKollision von Hadronen mit Elektronen bzw. Positro-nen.UmeinemöglichsthoheLuminositätbeiderartigenKollisionen zu erreichen, ist die Kühlung der Hadro-nenstrahlen zur Reduktion der Emittanz von Interesse.Daher wird die Elektronenkühlung von Hadronen inPETRA seit einiger Zeit untersucht.

Ein wesentlicher Bestandteil eines solchen Elektronen-kühlers ist ein Elektronen-Linac. Die Anforderungenan die Strahlqualität der Elektronen sind sehr hoch,um eine adäquate Kühlrate zu erzielen. Durch Simu-lationen konnte gezeigt werden, dass ein Elektronen-strahl ausreichender Qualität generiert und auf bis zu10 MeV beschleunigt werden kann. Darüber hinauskonnte die dafür notwendige Linac-Struktur einschließ-lich der Strahlführung durch Solenoide stark verein-facht werden, so dass eine technische Realisierung, diezwar immer noch aufwendig ist, jetzt möglich scheint.

Da auch die anderen Bestandteile wie der so genannteDebuncher und der Rezirkulator schon weitgehend un-tersucht worden sind, besteht die Hoffnung, dass die

StudienzurElektronenkühlung inPETRAimfolgendenJahr erfolgreich abgeschlossen werden können.

Nutzung von PETRA als dedizierteSynchrotronstrahlungsquelle

Im Berichtsjahr wurde die Möglichkeit untersucht undein Vorschlag ausgearbeitet, PETRA ausschließlich alsSynchrotronstrahlungsquelle zu betreiben. Der Vor-schlag sieht vor, im Wesentlichen sieben Achtel unddie dazugehörigen Komponenten zu modernisieren undein Achtel komplett umzubauen, so dass hier bis zuzehn Undulatoren ähnlich wie in einer Synchrotron-strahlungsquelle der dritten Generation eingebaut wer-den können. Es konnte gezeigt werden, dass man beieiner Strahlenergie von 6 GeV eine Strahlungsquelle er-hält, die konkurrenzfähig zur ESRF (Grenoble) ist. Da-rüber hinaus zeigen vorläufige Untersuchungen, dass esmöglich ist, durchdenEinbausogenannterDämpfungs-wiggler die Emittanz noch weiter zu verkleinern, wo-durch eine Quelle im Röntgenbereich von einzigartigerQualität zur Verfügung stände.

Spin-Polarisation

Polarisierte Positronen und Elektronen

In einer Dissertation über die Beeinflussung der Strahl-polarisationdurchdiemitderErhöhungderLuminositätverbundenen Änderungen in der Maschine wurde be-rechnet, dass die neue Optik mit drei Spinrotatorpaarenund mit unkompensierten Solenoidspulen in den De-tektoren eine Polarisation von etwa 50% ermöglichensollte, unter der Voraussetzung einer sehr guten Korrek-tur der Strahllage. Effekte der nichtlinearen Spinbewe-gung wurden mit dem Computerprogramm SITROSberechnet, das einzige zur Verfügung stehende Pro-

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gramm, welches die Strahllage und Synchrotronstrah-lung berücksichtigen kann. SITROS wurde etwas ver-bessert, insbesondere in Bezug auf die Behandlung vonSolenoidfeldern. Es stellte sich allerdings heraus, dassder Einfluss der Strahl-Strahl-Wechselwirkung auf diePolarisation für die neue Optik mit SITROS nicht zu-verlässig berechnet werden kann. Es ist daher geplant,die Entwicklung eines hierfür geeigneten Programmsvoranzutreiben. Es soll auf dem Programm SPRINTbasieren, das zur Analyse von polarisierten Protonenin HERA entwickelt wurde. In der Dissertation wirdauch gezeigt, wie Elektronendepolarisation für ein ein-faches Modell der Synchrotron-Seitenbänder berechnetwerden kann.

Optik-Files für den MIT-Bates Elektronenring stehennun zur Verfügung. Wegen des speziellen Layoutsbietet dieser Ring eine einzigartige Möglichkeit, dieso genannte ,,kinetische Polarisation“ zu untersuchen.Dieses Phänomen ist für die Polarisationsmessung inHERA wichtig. Die Files werden verwendet, um dieerwartete kinetische Polarisation im MIT-Bates Ringzu beurteilen. Es sollen Methoden gefunden werden,die den Effekt so vergrößern, dass er als Ersatz für denSokolov-Ternov Effekt verwendet werden kann.

Polarisierte Protonen

Die numerischen Untersuchungen der Möglichkeit, beihoher Energie in HERA polarisierte Protonenstrahlenzur Verfügung zu stellen, wurden nicht weitergeführt.Ein gutes Verständnis der Spindynamik von hochener-getischen Protonen bedarf eines guten Verständnissesdes Spin Tunes. Aus der Arbeit bei DESY hat sichbereits ein gutes Verständnis dieses Konzepts erge-ben, eine genauere mathematische Analyse ist nun zu-sammen mit der University of New Mexico erarbeitetworden und wird bald veröffentlicht werden.

Numerische Berechnung derMaxwellschen Gleichungen

Bei DESY wird an zahlreichen Problemen der nu-merischen Berechnung elektromagnetischer Felder ge-arbeitet. Dabei kommen die Programme OPERA-2D(Magnetostatik), MAFIA (Elektro- und Magnetosta-tik, Temperaturberechnungen, zeitharmonische und

transiente Felder, resonante Felder und selbstkonsis-tente Teilchen-Feld-Wechselwirkung), Microwave Stu-dio (zeitharmonische und resonante Felder), TRAFIC4

(selbstkonsistente Berechnung von Bunchen auf ge-krümmten Bahnen, kohärente Synchrotronstrahlung),ASTRA (Teilchentracking mit Raumladungseffektenim niederenergetischen Bereich), ELEGANT (hoch-energetisches Teilchentracking), GENESIS (FEL Be-rechnung) und V (Ensemble Tracking) zum Einsatz.

Neu- und Weiterentwicklung von Programmen

An der TU Darmstadt wird das Programm V laufend er-weitert, so dass eine detailliertere Berücksichtigung vonTTF-Komponenten möglich ist und mehrere Ensemblesgleichzeitig berechnet werden können.

Die Programmstruktur von TRAFIC4 wurde bei SLACan die Erfordernisse von Parallelrechnern angepasst undkommt bei DESY auf einem UNIX PC Cluster zum Ein-satz.DiegroßeRechenleistung,die somitzurVerfügungsteht, erlaubt eine wesentlich bessere Beschreibung derWechselwirkungsvorgänge, zum Beispiel durch kohä-rente Synchrotronstrahlung, in Bunchkompressoren. Sokann beispielsweise ein neuartiger Instabilitätsmecha-nismus, der mit einfachen eindimensionalen Program-men nur grob beschrieben wird, genauer berechnetwerden. Dies ist die Grundlage für ein verbesserteseindimensionales Modell, an dem ebenfalls gearbeitetwird.

An der Universität Rostock wird die CSC (,,CoupledScattering Parameters“) Methode untersucht, die es er-laubt, resonante Felder in sehr ausgedehnten Struktu-ren zu berechnen. Der Vorteil dieser Methode bestehtdarin, dass einzelne Unterabschnitte getrennt simuliertwerden können und nicht das vollständige Modenspek-trum der gesamten Struktur bestimmt werden muss. Sokönnen Eigenmoden in einem vorgegebenen Frequenz-bereich gezielt ermittelt werden, und eine Änderungan einem Unterabschnitt erfordert nicht notwendig dieerneute Berechnung der vollständigen Geometrie.

Projekte

Zahlreiche Berechnungen wurden für die existieren-den und geplanten Beschleuniger durchgeführt, wie

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zum Beispiel Koppler (TESLA, TTF), Wakefield-Berechnungen und Resonatoren (TESLA, TTF2,HERA, H1, ZEUS) und Magnete (HERMES, TTF2).Sehr umfangreiche Berechnungen waren erforderlich,um das Dämpfungsverhalten von Resonanzen in derTTF-Struktur oberhalb der Cutoff-Frequenz zu unter-suchen. Dabei wurde die CSC Methode erfolgreicheingesetzt.

Untersuchung nichtlinearer Prozesse

Ein Schwerpunkt der Arbeiten auf dem Gebiet nicht-linearer Prozesse im Berichtsjahr war die Untersu-chung stochastischer Einflüsse auf die Teilchenbe-wegung in Beschleunigern, zum Beispiel Diffusionaus stabilen HF-Paketen (,,Coasting Beam“) oder Ein-fluss von Rauschen auf das transversale Strahl-Echo inProton-Speicherringen.

Die zur Beschreibung notwendigen Hamilton-Glei-chungen mit schwachen, im allgemeinen farbigen,Rauschtermen und die entsprechenden Fokker-Planck-Gleichungen lassen sich nicht mehr analytisch lösenund erfordern, wegen der Symplektizität der Hamilton-Dynamik, spezielle numerische Verfahren. Verschie-dene Codes wurden entwickelt, an einfachen Beispielengetestet und miteinander verglichen. Ziel ist die spätereAnwendung auf realistische Modelle. Diese Untersu-chungen werden in Zusammenarbeit mit der UniversitätBologna durchgeführt.

Eine andere wichtige Frage ist, wie Quanteneffekte dieStrahldynamik in Beschleunigern beeinflussen können.Strahlungseffekte und Spin-Polarisation in Elektron-Speicherringen sind Beispiele für das explizite Auf-treten des Planck’schen Wirkungsquantums h. Einein diesem Zusammenhang interessierende Frage ist,wie Quantenaspekte die SASE-FEL Photon-Statistikbeeinflussen oder modifizieren können.

Arbeiten der technischen Gruppen

Über viele Arbeiten der technischen Gruppen wurdebereits im Abschnitt über die Maschinen (Seite 189 ff,191 ff und 193 ff) berichtet. Weitere Arbeiten der Grup-pen werden hier beschrieben. Die Aktivitäten im Rah-

men der Linear-Collider Studien finden an entsprechen-der Stelle Erwähnung (Seite 225 ff).

Es sei hier darauf hingewiesen, dass sich alle Gruppenam Schichtbetrieb der Beschleuniger oder an Rufbe-reitschaften beteiligen.

Injektion/Ejektion – MIN –

Die Gruppe MIN ist für den Betrieb und die Wei-terentwicklung der Injektionsbeschleuniger LINAC II,LINAC III und PIA verantwortlich, ferner für die Strahl-transportwege zu den Vorbeschleunigern DESY II undDESY III, für alle Injektions- und Ejektionselemente inallen Beschleunigern und Speicherringen, und für die sogenannten ,,Beam-Dumps“ in allen Speicherringen undSynchrotrons. Hinzugekommen sind weiterhin Aufga-ben in Zusammenhang mit dem Betrieb des TESLATest Facility LINAC. Der Schwerpunkt liegt hier imBereich des Injektionssystems und in der Koordinationdes TTF-LINAC Betriebes.

Elektronen/Positronen LINAC II

Mit dem Ziel, den Wechsel der Kanoneneinheit zu ver-einfachen, wurde seit 1999 eine austauschbare Ein-heit mit Anodenflansch und Vakuumventil für einenschnellen Kanonenwechsel berechnet, konstruiert undgefertigt. Alle Strahlführungselemente zwischen derKanone und dem ersten Beschleunigerabschnitt wur-den in neuer CF Vakuum-Dichttechnik realisiert. DerTest aller Komponenten (Kanone, Plattensystem undPrebuncher) auf einem separaten Teststand war erfolg-reich, so dass in der Betriebsunterbrechung seit Herbst2000 der neue Injektor im LINAC II eingebaut undzu Beginn des Jahres gemeinsam mit drei erneuertenBeschleunigerabschnitten in Betrieb genommen wer-den konnte. Mit diesen neu eingebauten Abschnittensind nun sukzessive acht von zwölf ersetzt worden.Aufgrund eines Vakuumlecks an einer Keramikdurch-führung wurde der erste Abschnitt im Frühjahr nocheinmal ausgetauscht. Mit der Inbetriebnahme zum Jah-resbeginn konnte die an PIA gelieferte Teilchenzahlder Positronen auf 3.9 ×1010 Teilchen gesteigert wer-den. Dies ist eine Verdoppelung der über lange Jahrehinweg üblichen Teilchenzahl.

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Abbildung 114: Modernisierte DESY II-Senderanlage.

Kicker

In zunehmendem Maße werden Röhren durch Halblei-terpulser ersetzt. So wurden im Berichtszeitraum vierIgnitronpulser der HERA Positronen-Injektion durchHalbleiterschalter ersetzt. Diese ermöglichten einenwesentlich stabileren Betrieb mit stark reduziertemJitter.

Für die Protonen-Ejektion von PETRA nach HERAwurden bereits 1999 die vorhandenen so genanntenFahrkicker durch eine neue Generation von Kicker-magneten ersetzt. Sie haben sich seitdem im Betriebsehr gut bewährt. Zu Diagnosezwecken wurde inzwi-schen eine Temperaturmessung nachgerüstet. Ergän-zend wurde während der Betriebsunterbrechung imHerbst ein so genannter Mittelkicker eingebaut.

Die Entwicklungsarbeiten für den HERA Elektronen-Dump wurden rechtzeitig vor der Betriebsunterbre-chung Ende 2000 abgeschlossen, so dass der Einbauin HERA möglich war. Nach abgeschlossenen Testssteht die Dump-Kicker-Anlage für den Betrieb zurVerfügung.

Für den Speicherring DORIS wurde der Einbau einesvertikalen Anregungskickers mit integrierten Tempe-raturfühlern abgeschlossen.

Für den Ausbau der TESLA Test Facility wurden vierweitere Feedback-Kicker entwickelt, die sich zur Zeitinklusive des zugehörigen Vakuumsystems in der Ferti-

Abbildung 115: SPS-Anlagensteuerung mit ,,SiemensS7“.

gung befinden. Im Rahmen von Studien für den TESLALinear-Collider wird an verschiedenen Konzepten fürso genannte Dämpfungsringkicker gearbeitet. Erste Er-gebnisse sind für das kommende Jahr zu erwarten.

Hochfrequenztechnik – MHF –

Die Gruppe MHF ist verantwortlich für den Betriebund die Entwicklung aller Hochfrequenzanlagen in denKreisbeschleunigern bei DESY. Die Arbeiten teilen sichdrei Untergruppen. Die erste, MHF-e, ist zuständig fürdie sehr umfangreichen, normalleitenden 500 MHz Be-schleunigungsanlagen und 1000 MHz Rückkopplungs-systeme für Elektronen oder Positronen in DESY II,DORIS III, PETRA II und HERA. Die zweite, MHF-sl,ist verantwortlich für das supraleitende 500 MHz Sys-tem im HERA-Elektronen-Ring und für die supraleiten-den 1.3 GHz Resonatoren der TTF. Die Hochfrequenz-systeme für die Protonen-Beschleunigung in DESY III,

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Abbildung 116: Links: Koppelschleife des ausgebauten HOM-Kopplers. Im Bereich dergrauen Verfärbung, links oberhalb der Bildmitte, war das Wasser ausgetreten. Rechts:Ein Schnitt durch den Kühlwasserkanal offenbarte tiefe Erosionsspuren. Die ursprünglicheMaterialdicke zwischen Wasserkanal und Vakuum betrug 1 mm.

PETRA II und HERA sowie die 1.3 GHz Klystronsder TTF werden von der dritten Untergruppe, MHF-p,betreut.

Normalleitende Beschleunigungsstrecken fürElektronen/Positronen – MHF-e –

Die Gruppe MHF-e betreibt die 500/1000 MHz HF-Systeme aller Elektronen-Ringbeschleuniger. DieseHF-Systeme bestehen aus 16 Senderanlagen mit insge-samt 28 Dauerstrich-Klystrons. Davon sind 21 800 kW-Klystrons, drei 600 kW-Klystrons, zwei 300 kW-Kly-strons und zwei 250kW-Klystrons. Die DC-Anschluss-leistung der 16 Senderanlagen beträgt 34 MW. Die HF-Leistung wird über etwa 3.5 km Hohlleiter auf etwa 120normalleitende und 16 supraleitende Cavities verteilt.

Die im Vorjahr begonnenen Modernisierungsarbeitenan der DESY II-Senderanlage konnten im Berichts-jahr fristgerecht und erfolgreich abgeschlossen wer-den. Die Anlage ist seit Jahresbeginn 2001 in Betriebund ist seitdem 4400 Stunden ohne nennenswerte Pro-bleme und Störungen gelaufen. Die Anlage wurde fürdrei Klystrons konzipiert, von denen aber nur jeweilszwei betrieben werden. Das dritte Klystron steht alsReserve bereit und kann in kürzester Zeit über einHohlleiterschalter-System aktiviert werden.

Bei den beiden PETRA-HF-Systemen wurde die Mög-lichkeit geschaffen, die beiden Resonator-Gruppenwahlweise mit nur einer der beiden Senderanlagenoder mit beiden Senderanlagen zu betreiben (Abb. 114und 115).

Seit Beginn 2001 wird PETRA in dieser Form er-folgreich betrieben. Die ersten Monate des Jahres wardie Senderanlage ,,Süd-Links“ für den PETRA-Betriebaktiv. Im November wurde auf den Betrieb mit derSenderanlage ,,Süd-Rechts“ umgeschaltet.

Im April trat ein Vakuum-Wasserleck an einem Kopplerzur Bedämpfung höherer Schwingungsmoden (HOM-Koppler) in einem DORIS-Resonator auf. Die nähereUntersuchung der Leckstelle zeigte, dass das Kühlwas-ser in 15 Betriebsjahren tiefe Krater in die Kühlkanäleder Koppelschleife gewaschen hatte (Abb. 116).

Da zu befürchten ist, dass die restlichen sieben HOM-Koppler dieses Typs ähnlich stark erodiert sind, wirdderzeit untersucht, ob DORIS auch ohne diese HOM-Koppler hinreichend stabil zu betreiben ist. Für den Fall,dass dies auf Probleme stößt, wurden Hohlleiter-HOM-Koppler entwickelt, die in der Lage sind, zumindesteinige der höheren Moden über die Einkoppelschleifender Resonatoren zu bedämpfen. Ergebnisse werden fürAnfang 2002 erwartet.

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Abbildung 117: Links: 100 kW-3 1/8′′-Koaxial-Absorber für Betrieb mit 30-prozentigemGlykol-Wassergemisch. Rechts: Wasserperlen durchdringen das poröse Kupfermaterial deskoaxialen Außenleiters im Bereich des keramischen Fensters.

Seit Ende August 2001 wurde zeitweise eine longitudi-nale Instabilität bei DORIS beobachtet. Es zeigte sicheine starke Abhängigkeit der Instabilitätsschwelle vonder Kühlwassertemperatur des Resonator-Kühlkreises.Bei normalen Kühlwassertemperaturen (27.5 ◦C) tratdie Instabilität verlässlich bei Strahlströmen zwischen27 und 33 mA auf. Ab Kühlwassertemperaturen von32 ◦C verschob sich die Instabilitätsschwelle tem-peraturproportional zu höheren Strahlströmen. Bei37 ◦C Kühlwassertemperatur konnte DORIS stabil mit150 mA betrieben werden. Dieser Effekt, der weiteruntersucht wird, ist noch nicht verstanden.

Der 1 GHz-Klystronsender des longitudinalen Multi-bunch Feedback für HERA-e wurde 1990 aus Rest-beständen der alten PETRA-HF-Systeme aufgebaut.Während der Wartungsperiode wurde die Anlage kom-plett überarbeitet und auf moderne SPS-Steuerung um-gestellt

Um mittelfristig das problematische Glykol aus denHF-Absorberkühlkreisen zu verbannen, wurden diemit 30-prozentigem Glykol-Wassergemisch funktio-nierenden alten koaxialen Absorber der Senderan-lagen HERA-WR und -WL gegen neue und leis-tungsfähigere Ferrit-Hohlleiter-Absorber während derWartungsperiode ausgetauscht. Bei diesen neuen Ab-

sorbern wird die HF-Leistung von wassergekühltenFerrit-Kacheln und nicht, wie bisher, direkt von demGlykol-Wassergemisch absorbiert. Aufgrund der Ent-kopplung von Absorbermedium und Kühlmittel bestehtbei Absorbern dieser Bauart nicht mehr die Gefahr,dass Glykol-Wasser durch einen Fensterbruch in dasHohlleitersystem läuft. An den beiden genannten Sen-deranlagen wurden insgesamt fünf 400 kW- und ein100 kW-Absorber installiert

Eine erneute Bestandsaufnahme bei den koaxialen100 kW Balance-Absorbern der Hohlleiter-SystemeHERA und PETRA zeigte, dass bereits etwa ein Drittelder rund 120 Absorber mehr oder weniger starke Was-serlecks aufwies. Das Glykol-Wasser hatte offenbar imLaufe von 10–15 Jahren den etwa 1 mm starken Kup-feraußenmantel der keramischen Fenster mit feinen Po-ren durchsetzt, so dass sich bei einigen hpa Wasserdruckauf der Außenseite Wasserperlen bildeten (Abb. 117).Deshalb wurden über 40% dieser Koaxial-Absorberausgetauscht. Auch die Reservebestände sind mittler-weile durch Lieferung einiger der bestellten Ersatz-Absorber wieder aufgefüllt.

Die ersten beiden 800 kW Marconi-Klystrons vom TypK-3480-YA (kompatibel zu Philips YK-1304) wurden1999 geliefert. Eine der Röhren konnte nach erhebli-

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chen anfänglichen Schwierigkeiten für ungefähr 1300Stunden betrieben werden, musste dann aber wegenüberhöhter Temperatur des HF-Auskoppelfensters undwegen schlechten Vakuums an den Hersteller zurück-gesandt werden. Das zweite Klystron dieses Typs läuftseit Anbeginn problemlos und hatte im November 5000Hochspannungs-Betriebsstunden erreicht.

Supraleitende Beschleunigungsstrecken– MHF-sl –

Neben den normalleitenden Beschleunigungsstreckenaus Kupfer werden auch supraleitende Resonatoren imHERA-Elektronenring betrieben. Hierbei handelt essich um 16 500 MHz-Resonatoren, die aus jeweils vierZellen bestehen. Sie sind aus dem Metall Niob gefer-tigt, welches bei 9.2 K supraleitend wird. Die Betriebs-temperatur des supraleitenden Resonators ist 4.2 K,die Temperatur flüssigen Heliums bei normalem at-mosphärischem Druck. Eine detaillierte Beschreibungder supraleitenden Beschleunigungsstrecke ist in denfrüheren Jahresberichten gegeben worden.

Im Berichtsjahr sind während der längeren Wartungs-periode Verbesserungen an der Versorgung der Kryo-state mit flüssigem Helium vorgenommen worden. Zumeinen wurden an allen ,,kalten“ Verbindungsleitungenzu den Kryostaten Absperrventile eingebaut, so dassein eventuell notwendiger Austausch dieser Leitungenohne Aufwärmen der Kryostate erfolgen kann. Wei-terhin wurden alle elektrischen Isolierungen an denEinkopplern durch solche mit höherer Durchschlags-festigkeit ersetzt. Die Einkoppler werden mit einerGleichspannung von 3 kV des Innenleiters gegen denAußenleiter betrieben. Es hat sich erwiesen, dass hier-durch Hochfrequenz-Überschläge, die durch ,,Multi-pacting“ initiiert werden, verhindert werden können.Dieser Mechanismus ist in den Jahresberichten 1996und 1999 ausführlich beschrieben.

Die Hauptaufgabe der Gruppe MHF-sl war weiter-hin die Entwicklung supraleitender Resonatoren fürTESLA. Die Schwerpunkte der Tätigkeiten waren:

– Messungen an supraleitenden Resonatoren:,,Vertikale Tests“ im Badkryostaten als Eingangs-kontrolle der extern gefertigten 9-zelligen Resona-toren. Hier konnte die Prüfung aller 24 Resonatoren

aus der letzten Produktion mit mittleren Feldstärkenvon über 25 MV/m abgeschlossen werden.

– Tests der Einkoppler für supraleitende Resonatoren:20 Einkoppler der dritten Serie wurden fertig ge-stellt und im Leistungstest überprüft. Diese Kopp-ler werden benötigt zur Ausrüstung der letzen zweiKryostate für den TTF-FEL LINAC.

– Fertigstellung der Infrastruktur zum Test von ein-bis dreizelligen Resonatoren:Die Ende 1998 beschlossene Errichtung einer weite-ren Präparations- und Testinfrastruktur für ein- bisdreizellige Resonatoren in der PETRA Halle NOwurde im Laufe des Jahres 2001 weitgehend abge-schlossen. Zum Ende des Jahres konnte erstmaligflüssigesHeliumindenvertikalenBadkryostatenge-füllt, der Testeinsatz vorläufig fertig gestellt und einkryogenischer Testbetrieb aufgenommen werden.Im Reinraum mit der Reinraumklasse 100 wurdenroutinemäßig zahlreiche einzellige Resonatoren er-folgreich mit der neu entstandenen Hochdruckspül-vorrichtung gereinigt und für den Hochfrequenztestvorbereitet. Ziel dieser Einrichtung ist es, grundle-gende Untersuchungen an supraleitenden Resona-toren durchzuführen, die aus Zeitmangel nicht inder Installation zur Behandlung und zum Test der9-zelligen Resonatoren erbracht werden können.

– Entwicklung der ,,Superstruktur“:Hierbei werden mehrere Resonatoren (7- oder 9-zellige Cavities) zu einer Einheit verbunden undkönnen gemeinsam mit nur einem Einkoppler betrie-ben werden. Der wesentliche Vorteil besteht in derReduzierung der (teuren) Einkoppler und der Ver-kürzung der Gesamtlänge. Nach Abschluss erfolg-reicher Simulationen und Messungen an Kupfer-Prototypen (siehe Jahresbericht 2000, Seite 215)wurden sechs 7-zellige Niob-Resonatoren herge-stellt und im supraleitenden Zustand gemessen.Aus Vereinfachungsgründenwurden bei diesen Pro-totypen zunächst Flansche an den Verbindungs-stellen vorgesehen. Die entsprechenden Dichtun-gen zeigten allerdings hohe Verluste und bedingtenein längeres Versuchsprogramm, bis befriedigendeFeldstärken von rund 19 MV/m gemessen werdenkonnten. Jeweils zwei dieser Resonatoren wurdendanach zu einer Einheit verschweißt und befindensich derzeit in der Vorbereitung eines Strahltestes

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Abbildung 118: 2×7-zellige Niob-Struktur (,,Superstruktur“) auf der Montageschiene.Die Resonatoren sind in die Titan-Zylinder eingeschweißt, die später das Reservoir für dasflüssige Helium bilden. In der Mitte dieser Behälter befindet sich die mechanische Einheitzum Abstimmen der Resonanzfrequenz.

im TTF-LINAC im Sommer 2002 (Abb. 118 und119).

– Mechanische Reinigung von Niob-Resonatoren:Derzeit werden die Resonatoren durch chemi-sches oder elektro-chemisches Beizen von etwa150 µm gereinigt. Frühere Versuche an 500 MHz-Resonatoren mit der Anwendung von lokalem

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2.0

1.5

1.0

0.5

0.00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1800 20001600

Abbildung 119: Anregung der Beschleunigungsfelderin der 2×7-zelligen ,,Superstruktur“. Die gleichmäßigeFeldstärke in den einzelnen Zellen konnte nach nur zweiSchritten einer Abstimmungsprozedur erreicht werden.

mechanischem Schleifen und nachfolgender che-mischer Beizung zeigten ermutigende Resultate inBezug auf die Supraleitung. Entsprechende Versu-che wurden aufgenommen, dieses Verfahren globalbei den 9-zelligen Niob-Resonatoren in TTF anzu-wenden. Es wurde eine Apparatur entwickelt, die un-ter Anwendung von Fliehkraft einen hinreichendenDruck der Schleifkörper auf die Niob-Oberflächeerzeugt, so dass ein Abtrag von etwa 100 µm inwenigen Stunden erreicht wird. Als positive Ne-benwirkung werden hierbei die Schweißnähte aufder Innenseite der Resonatoren geglättet. Die ers-ten zwei Test-Einzeller zeigten bereits Feldstärkenvon 28 MV/m, obwohl nur 40 µm chemische Ab-tragung nach der Schleifbehandlung erfolgt waren.Weitere Tests mit mehrzelligen Resonatoren sindfür das Jahr 2002 geplant.

– Software- und Hardware-Entwicklung zur Mess-werterfassung und -Auswertung:Zur Messung supraleitender Resonatoren ist in denletzten Jahren eine Vielzahl von Messprogram-men und Hardware Konfigurationen erstellt wor-den. Viele dieser Programme wurden unter Lab-view erstellt. Im Rahmen einer Modernisierungwurde begonnen, diese Installationen auf das Linux-

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Betriebssystem umzustellen. Für Messaufbautennach dem SCXI System wurde entsprechende Trei-bersoftware für die neue Systemumgebung entwi-ckelt. Durch diese Umstellung ist das TTF-CavityTestsystem vereinheitlicht worden, und es ist sicher-gestellt, dass eine Nutzung des von der Gruppe MVPerprobten DOOCS Systems gewährleistet ist.

Anlagen zur Beschleunigung von Protonen– MHF-p –

Die Gruppe MHF-p ist verantwortlich für die Hoch-frequenzsysteme zur Protonenbeschleunigung in denRingbeschleunigern DESY III, PETRA und HERA,für die Entwicklungsarbeiten der HF-Systeme für denvorgeschlagenen Linear-Collider TESLA und die HF-Systeme der TESLA Test Facility (TTF).

Während der HERA-Wartungsperiode wurden an denHF-Systemen der Protonenringbeschleuniger verschie-dene Modifikationen vorgenommen. Bei HERA wur-den vier HF-Schalter und vier Phasensteller-Einheiteneingebaut, die es ermöglichen, die Ansteuerungsleis-tung der vier 208 MHz Resonatoren unabhängig von-einander ein- oder auszuschalten bzw. gegenphasigzu betreiben. Die 208 MHz Hochfrequenz-Regelungs-einheiten wurden mit SMA Festmantelkabeln anstelleeinfacher BNC Kabel vollständig neu verkabelt, unddie Front End Computer wurden von DOS auf Li-nux umgestellt. Die 52 MHz-Systeme erhielten HF-Detektoren zur Messung der HF-Spannung in den Re-sonatoren. Sowohl bei den 208 MHz- als auch bei den52 MHz-Systemen wurden Frequenzzähler installiert,um in Zukunft die Frequenzen während des Betriebesbesser überwachen zu können. Aufbau und Inbetrieb-nahme der Transientenrekorder konnten erfolgreich ab-geschlossen werden.

Die Arbeiten an PETRA waren weniger umfang-reich. Durch eine Modifikation der HOM-Dämpfer der52 MHz-Resonatoren ist es nun möglich, die dort indu-zierten Spannungen zu messen und die Temperaturender Dämpfer rechnergestützt zu überwachen.

Bei DESY III wurde ein neuer Resonator eingebautund in Betrieb genommen (Abb. 113). Nach derInbetriebnahme- und Konditionierungsphase, in dernocheinmalKeramikstützen imResonatorentferntwer-den mussten, arbeitete der Resonator der Spezifikation

entsprechend und ermöglicht nun die Beschleunigungvon Protonenströmen von mehr als 215 mA bei einerHF-Spannung von 20 kV. Der ausgetauschte Resonatorsteht weiterhin als Ersatz zur Verfügung.

Der Anlauf aller Systeme zur Protonenbeschleuni-gung nach der Wartungsperiode gestaltete sich weit-gehend problemlos. Zu berichten sind lediglich derAustausch einiger ausgefallener kleinerer Komponen-ten, wie beispielsweise Netzteile und Vorverstärker, so-wie als größte Maßnahme der Austausch jeweils einer52 MHz und einer 208 MHz Hochleistungstetrode beiHERA.

Das andere Hauptarbeitsgebiet umfasst die Hochfre-quenzsysteme für TESLA bzw. für TTF. Dazu gehö-ren Hochspannungspulsgeneratoren, so genannte Mo-dulatoren, Klystrons, Hohlleiterverteilungen und dieHochfrequenzregelung.

Für den ,,Technical Design Report“ des TESLA Linear-Colliders, der im März 2001 vorgelegt wurde, wurdenumfangreiche Arbeiten zur technischen Auslegung undzur Kostenermittlung geleistet. Viele Entwicklungsar-beiten wurden weitergeführt. Zusätzlich wurde der Be-trieb der TTF-Hochfrequenzsysteme betreut und mitArbeiten zur Erweiterung von TTF begonnen.

Wie bereits im Vorjahr berichtet, konnte der Prototypeines 10 MW Multibeam Klystrons bei TTF erfolgreichgetestet werden. Er erreichte eine Ausgangsleistungvon10 MW bei einer Pulslänge von 1.5 ms. Die dafür be-nötigte Hochspannung betrug 117 kV bei einem Stromvon 131 A. Somit lag die Effizienz bei 65%. Bis zumMai 2001 wurde dieser Prototyp für den TTF-Betriebeingesetzt.

Im Dezember 2000 konnte das erste Serienexemplardes Multibeam Klystrons beim Hersteller Thales Elec-tron Devices fertig gestellt und getestet werden. ImMai 2001 wurde es bei DESY einem Akzeptanztestunterzogen und anstelle des Prototyps bei TTF instal-liert. Im Laufe des Jahres wurde ein zweites Serien-Multibeam Klystron fertig gestellt und im Hersteller-werk der Werksabnahme unterzogen. Es soll zu Beginndes nächsten Jahres bei DESY betrieben werden.

Die Installation und Inbetriebnahme eines ersten Hoch-spannungspulsgenerators für die geplante Erweite-rung von TTF wurde fortgesetzt. Seine unterschied-lichen Untereinheiten wurden nach DESY-Vorgaben

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von Industriefirmen gefertigt und zum Teil von diesenauch weiterentwickelt. Hervorzuheben sind der neueHochspannungs-Halbleiterschalter auf Basis von In-tegrated Gate-Commutated Thyristoren (IGCT), derneue Typ des Pulstransformators und das neu ent-wickelte Hochspannungsnetzgerät, das es ermöglicht,Rückwirkungen auf das Hauptnetz zu beseitigen, dieansonsten mit der Betriebsfolgefrequenz des Modula-tors von 10 Hz auf das Hauptnetz einwirken würden.Nach dem erfolgreichen Abschluss der Inbetriebnahmemit einem 5 MW Singlebeam Klystron ist nun die In-stallation eines 10 MW Multibeam Klystrons vorge-sehen. Mit der Installation der ersten Komponenteneines weiteren Hochspannungspulsgenerators gleichenTyps, ebenfalls zur Erweiterung von TTF, wurde bereitsbegonnen.

Die Hochfrequenzregelung der TTF, die für die Re-gelung der Vektorsumme von 24 supraleitenden Re-sonatoren ausgelegt ist und zur Zeit die installierten16 Resonatoren ansteuert, wurde mehrere Monate langmit Strahlbetrieb betrieben und hat sich dabei als sehrzuverlässig erwiesen. Die Flexibilität der digitalen Re-gelung erlaubte dabei wahlweise TTF Betrieb, bei demdie Vektorsumme der 16 Resonatoren geregelt wird,oder FEL Betrieb, bei dem wegen des zwischen denbeiden Kryomodulen installierten Bunchkompressorsnur die Vektorsumme der vor dem Bunchkompressorinstallierten acht Resonatoren stabilisiert wird.

Eine wesentliche Verbesserung der Bedienungsfreund-lichkeit der HF-Regelungen wurde durch Erweiterungder Zustandssteuerung erreicht, die auch inzwischenfür die HF-Kanone zur Verfügung steht. WesentlicheElemente dieser Steuerung sind die Automatisierungder Inbetriebnahme der HF, des Wiedereinschaltensnach Abschaltung durch Fehler, Einstellung der Schlei-fenphase und einer adaptiven Voraussteuerung. Diesewurde durch die Implementierung zusätzlicher Aus-nahmeprozeduren (,,Exception Handling“) wesentlichrobuster und kann inzwischen routinemäßig währenddes Strahlbetriebs eingesetzt werden. Die Arbeitsbe-lastung der Bedienungsmannschaft konnte durch dieseAutomatisierung erheblich verringert werden.

Eine neues Konzept zur aktiven Kompensation der dy-namischen Lorentzkraftverstimmung der supraleiten-den Resonatoren wurde entwickelt und erfolgreich amhorizontalen Teststand Chechia erprobt. Das Arbeits-prinzip beruht auf einem piezoelektrischen Translator,

welcher in den Motor-gesteuerten mechanischen Fre-quenzsteller integriert ist und eine Reaktionszeit vonweniger als 100 µs besitzt. In Verbindung mit eineradaptiven Vorraussteuerung konnten Frequenzänderun-gen von etwa 300 Hz auf weniger als 30 Hz unterdrücktwerden.

In der Entwicklungsphase befindet sich eine ,,state-of-the-art“ digitale Regelung, basierend auf dem C67DSP von Texas Instruments, der aufgrund seiner etwazehnfach höheren Leistungsfähigkeit die Hardware ver-einfacht und die Implementierung wesentlich komple-xerer Algorithmen erlaubt. Erfolgreich getestet wurdeein ,,Gigalink“ Interface zu dem neuen 10 MHz ADCBoard, welches den Datentransfer von 32ADC Kanälenin weniger als 600 ns gewährleistet.

Eine neue Version von Frequenzumsetzern, basierendauf Analog Multiplizierern (RF2411), wurde im TTF-Beschleuniger installiert. Die Haupteigenschaften sindgeringer Offset, geringe LO-Leistung und geringereKonversionsverluste.

Weitere Entwicklungen im Bereich der HF-Regelungbetreffen die Motorisierung der Waveguide Tuner,Einzelbunch-Transientenmessung und eine Verbesse-rung der Regelung der HF-Kanone durch individu-elle Kreise für Amplitude und Phase sowie eine prä-zise Verstimmungsmessung, die für die Regelung derWassertemperatur eingesetzt werden kann.

Ein Großteil der verschiedenen zum Ausbau vonTTF benötigten HF-Komponenten, wie Hohlleiterkom-ponenten, Zirkulatoren oder Verstärker, wurden vonIndustriefirmen geliefert und konnten getestet wer-den. Hervorzuheben ist hierbei ein 1.3 GHz 5 MWHochleistungsisolator. Zusätzlich wurden die DESYEntwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Hohlleiter-komponenten vorangetrieben, so wurden beispiels-weise neue 1.3 GHz 5 MW Hochleistungs-HF-Fensterund Phasenschieber entwickelt.

Software und Technik zur Kontrolle vonBeschleunigern – MST –

Die Gruppe MST betreibt die Kontrollsysteme derBeschleuniger LINAC II/III, DESY II/III, DORIS,PETRA und HERA sowie der zugehörigen Strahltrans-portwege. Hierzu entwickelt und betreut sie Software

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M-Bereich-Gruppen

und betreibt ein umfangreiches Rechnernetzwerk, dasüberwiegend aus PCs besteht. Darüber hinaus unterhältsie ein Entwicklungs- und Servicelabor für prozessor-gesteuerte Elektronik sowie für Personenschutzeinrich-tungen im Rahmen des Beschleunigerstrahlenschutzes.

Neben der ständigen Pflege und weiteren Verbesse-rung der Rechner- und Peripherieinfrastruktur sowie derexistierenden Kontrollprogramme hatte im Berichtsjahrdie Arbeit der Software-Teilgruppe mehrere Schwer-punkte:

Die im vergangenen Jahr begonnene Umstellung desKontrollsystems von PETRA auf Windows NT wurdeabgeschlossen. Das Kontrollsystem wurde im Früh-jahr wieder erfolgreich in Betrieb genommen und inden Routinebetrieb überführt. Diese Systemumstellungfolgte einem Konzept, das einerseits bewährte Ele-mente beibehielt, aber auch andererseits neue Tech-niken zum Einsatz kommen ließ, die bereits für dasHERA-Kontrollsystem entwickelt worden waren.

Der Umbau der HERA-Wechselwirkungszonen mitdem Ziel, die Luminosität von HERA zu vervielfa-chen, hatte auch starke Auswirkungen auf das HERA-Kontrollsystem. Neue Steuerungs- und Bedienungspro-gramme mussten geschrieben oder eingebunden wer-den. Diese erlauben es, die Lage des Strahls in Be-zug auf die Magnete im Bereich der Wechselwirkungs-zonen bei H1 und ZEUS zu messen, zu analysierenund zu korrigieren. Ferner mussten neue Komponenten,zum Beispiel zur Strahlkontrolle und Strahldiagnose,in das Kontrollsystem integriert werden. Darüber hin-aus wurde die mehrmonatige Betriebsunterbrechungzum Anlass genommen, das HERA-Kontrollsystemin Hinblick auf die Kommunikation zwischen denKontrollrechnern durch die ausschließliche Benutzungdes TINE-Protokolls (,,Threefold Integrated NetworkEnvironment“) zu vereinheitlichen, an einigen Stel-len Betriebssystem-Upgrades (Windows NT, Linux)vorzunehmen sowie die Administration der verteil-ten Kontrollrechner den neuen Gegebenheiten anzu-passen. Nach der Wiederinbetriebnahme von HERAwurde das Hauptaugenmerk darauf gelegt, die Physi-ker und Operateure im Kontrollraum mit Programmenoder Programmpaketen zu unterstützen, die verbesserteOptimierungs- und Messmöglichkeiten bieten.

Zum Jahresende hin wurde mit der Umstellung derKontrollsysteme der Vorbeschleuniger und von DORIS

auf Windows NT begonnen. Die Umstellung desKontrollsystems von DESY III konnte im Rahmen derErneuerung der DESY III Magnet- und Hochfrequenz-kontrollen bereits im Berichtsjahr fertig gestellt werden.

Die rasante Entwicklung der Netzwerktechnologiemachte es notwendig, das teilweise stark veraltete undunübersichtliche Ethernet-Netzwerk durch eine struk-turierte Verkabelung mit modernen Netzwerkkompo-nenten zu ersetzen. Diese Maßnahmen erlauben es,in Zukunft eng mit der zentralen IT-Netzwerkgruppezusammenzuarbeiten und zentrale Infrastrukturkompo-nenten mitbenutzen zu können.

Neben den Arbeiten an den existierenden Beschleuni-gerkontrollsystemen wurde im Berichtsjahr mit Pro-jektstudien begonnen, deren Ziel es ist, Erfahrun-gen auf dem Gebiet plattformunabhängiger bzw.Web-fähiger Kontrollsysteme sowie sprachenneutra-ler Software zu sammeln. In Zusammenarbeit mitdem Jozef Stefan Institut (Slowenien) wurde dasHERA-Kontrollsystemprotokoll TINE als so genannteJAVA Bean implementiert und in einigen JAVA-Beispielanwendungen verwendet. Zusammen mit demIHEP Protvino (Russland) wurden Wizards und Soft-waregeneratoren für Server- und Clientanwendungengeschrieben, die sich mittels XML und davon abgelei-teter Standards definieren lassen.

Darüber hinaus wurde die seit mehreren Jahren exis-tierende Zusammenarbeit mit KEK (Japan) fortgesetztund Software für die Photoinjektor Test Facility (PITZ)bei DESY Zeuthen zur Verfügung gestellt.

Prozessorgesteuerte Elektronik kommt im Bereich derBeschleunigerkontrollen in großer Stückzahl zum Ein-satz. So mussten im Berichtsjahr über dreitausend Kon-troller gewartet und gegebenenfalls repariert werden.Aufgrund von Alterungserscheinungen erwies es sichals notwendig, elektronische Bauteile in mehreren hun-dert Netzteilen vorsorglich zu tauschen.

Für das Projekt zur Erhöhung der Luminosität beiHERA wurden fast 200 neue Netzgerätekontroller ge-baut und in Betrieb genommen. Alle Netzgerätekon-troller, die bei HERA zum Einsatz kommen, wur-den mit einer neuen Software versehen. Bei DORISwurden Netzgerätekontroller für die neue vertikaleStrahllageregelung bereitgestellt. Darüber hinaus ent-stand eine Reihe von Spezialkontrollern, zum Beispiel

207

M-Bereich-Gruppen

für die Frequenzsteuerung bei PETRA, bzw. Kontrol-lerkomponenten wie eine 18 Bit Istwerterfassung.

In Zusammenarbeit mit der Gruppe MKK begann dieEntwicklung eines neuartigen Netzgerätekontrollers,der die Kontrollerfunktionen und eine vollständig digi-tale Regelung vereint. Es ist vorgesehen, diesen Kon-trollertyp bei TTF2 einzusetzen und auf seine Taug-lichkeit für einen etwaigen Einsatz im TESLA-Tunnelzu prüfen.

Im Bereich der gesetzlich vorgeschriebenen Per-sonenschutzeinrichtungen an allen DESY-Beschleu-nigeranlagen wurden die in den vergangenen Jahrenbegonnenen Entwicklungsarbeiten für ein neues Inter-locksystem fortgesetzt. Die Schwerpunkte lagen im Be-richtsjahr im Bereich des Hochfrequenzinterlocks vonTTF, beim neuen Türeninterlock sowie bei der Einbin-dung neuer Sprachspeicher in das Interlocksystem allerBeschleuniger.

Diagnose und Instrumentierung– MDI –

DieGruppeMDIistzuständig fürdieErfassungundUn-tersuchung der Strahleigenschaften in nahezu allen Be-schleunigern und Speicherringen bei DESY. Dazu ge-hören neben der Analyse von Strahllage, Strahlströmen,Strahlprofilen und Strahlpolarisation auch die MessungderStrahlverlusteunddasKollimierenderStrahlen,wasfür den Schutz der Experimente und der supraleitendenMagnete bei HERA von außerordentlicher Wichtigkeitist.

Für die Luminositätserhöhung von HERA wurde eineReihe von Instrumenten zur Strahldiagnose und Strahl-führung entwickelt und erfolgreich in Betrieb genom-men. So können die Magnetbrücken und der GO Qua-drupol in ZEUS nun präzise fernsteuerbar justiertwerden. Die permanente Messung der Position der Ma-gnete auf den Magnetbrücken mittels eines Drahtmess-systems ist dabei ein sehr hilfreiches Instrument zurBeobachtung der Positionsänderung der Magnete, ins-besondere der durch Bodenbewegung beim Fahren derExperimente verursachten Änderungen.

Neuartige ,,Finger“- und Schirm-Monitore für dieBeobachtung der Synchrotronstrahlung aus den Wech-

selwirkungspunkten wurden zu Beginn der HERA-Strahlzeit in Betrieb genommen. Die Systeme lie-fern sehr nützliche Informationen zur Optimierungder Luminosität in den Experimenten. Die Ausleseder Schirme wird über das von IHEP entwickelteSoftwarepaket zur schnellen Übertragung von di-gitalen Videosignalen über das Computer-Netzwerkrealisiert. Das Paket wird inzwischen bei einigenVideoapplikationen bei DESY standardmäßig ange-wendet.

Die Inbetriebnahme der für das Projekt zur Lumino-sitätserhöhung entwickelten neuen Kollimatoren undVerlustmonitore verlief erfolgreich. Die neuen Posi-tionsmonitore in den Wechselwirkungszonen wurdeneingehend untersucht, wobei einige Verbesserungen inder Auslese vorgenommen wurden. Damit ist nun einezuverlässige Analyse der Strahllage in den Experimen-tenmöglich. FürdieLuminositätserhöhungwurdenum-fangreiche Erweiterungen in dem Datenübertragungs-system SEDAC, in dem Pilothermsystem und in derVerkabelung vorgenommen.

Bei den Draht-Scannern in den Elektronenbeschleu-nigern mussten die leitenden Kohlefäden von 7 µmDurchmesser durch nichtleitende Quarzfäden von15 µm Durchmesser ersetzt werden, um die Zerstörungder Fäden durch die elektromagnetischen Wechselfel-der der Strahlpakete zu vermeiden. Erste Messungenvon Elektronenstrahlprofilen mit den neuen Drähtenverliefen erfolgreich.

Die Strahl-Instrumentierung in den Vorbeschleunigernwurde weiter ergänzt. Für PETRA wurde zusammen mitMitarbeitern vom HASYLAB eine präzise und schnelleNebenbunchmessung mit einer Auflösung von etwa0.3 ns aufgebaut, um die Besetzung der HF-Buckets inweniger als einer Minute auf < 10−6 zu bestimmen. Einweiterer Aufbau ist für DORIS geplant. Am LINAC IIIwurde ein neuer Strahlstrommonitor zur Analyse desStroms aus der neuen HF-Quelle eingebaut und in Be-trieb genommen. Ein weiterer Strommonitor für dieMagnetron-Quelle ist einbaufertig.

Bei TTF wurden zahlreiche Experimente zur Ver-besserung der Strahlstrom-Messung durchgeführt. Einvon der Gruppe MDI entwickelter schneller (Bunch-)Strommonitor für TTF2 wurde erfolgreich in TTF ge-testet. Der Monitor erlaubt wegen seiner schnellen Si-gnale einen Messbetrieb bis zu 10 MHz. Er ist durch

208

M-Bereich-Gruppen

Abbildung 120: Schneller und teilbarer Bunchstrom-monitor für TTF/TTF2.

seine Teilbarkeit ohne Öffnen des Vakuumsystems ein-und ausbaubar (Abb. 120).

Die Online-Dosimetrie mit Hilfe von Lichtwellenlei-tern (LWL) wurde in Zusammenarbeit mit dem Hahn-Meitner-Institut in Berlin und dem Fraunhofer-Institutin Euskirchen weiter verbessert. Die Messung mit LWLentlang TTF wurde in das Kontrollsystem integriert.Eine neue Messmethode mit gewickelten LWLs er-laubt eine schnelle und empfindliche Online-Messungder Ortsdosis an definierten Positionen. Es wurden ei-nige Messspulen im FEL Undulator installiert und ersteDaten aufgenommen (Abb. 121).

Für TTF2 wurden wichtige Projekte zur Instrumentie-rung des Beschleunigers in Angriff genommen. Dazuzählen die Messungen der Strahllage (Abb. 122), desStrahlstromes, der Strahlphase, der Strahlemittanz undder Stahlverluste sowie ein schnelles Strahlinterlock-System. Einige der Projekte werden in Kollaboratio-nen mit anderen DESY-Gruppen sowie mit in- undausländischen Instituten bearbeitet.

Der ständige Ausbau, die Wartung und die Dokumen-tation der Lichtleiter-, Koaxial- und Steuerkabelnetzein allen Beschleunigeranlagen wurde von der GruppeMDI in Zusammenarbeit mit externen Firmen zuver-

Zeit [Tage]1 2 3 4 5 6 7

0

10

20

30

40

Zeit [min]0 2000 4000 6000 8000 10000

25.11.015.00Uhr

Undulator 1Meßplatz 2Meßplatz 3Meßplatz 4Meßplatz 5

Zeit [Tage]1 2 3 4 5 6 7

0

2

4

6

8

25.11.015.00Uhr

Undulator 2Meßplatz 6Meßplatz 7Meßplatz 8Meßplatz 9

Dos

is [G

y]

Zeit [min]0 2000 4000 6000 8000 10000

Dos

is [G

y]

Abbildung 121: Ortsdosis an unterschiedlichen Mess-positionen im Undulator 1 (oben) und Undulator 2 (un-ten), online gemessen mit gewickelten LWL-Sensoren.Die Kurven wurden in der 48. Kalenderwoche währendTTF-Strahlbetrieb aufgenommen.

lässig weitergeführt. Für TTF2 sind die erforderlichenArbeiten an den Kabelnetzen, dem Pilothermsystemund den Elektronikschränken angelaufen.

Die Entwicklung und der Service von Spezialmonito-ren wurden von der Gruppe MDI weitergeführt. So wirdzur Zeit ein hochempfindlicher kryogenischer Strom-monitor entwickelt. Dieser soll eine präzise und ab-solute Messung der Dunkelströme aus den supralei-tenden Resonatoren und Modulen in den Testständengewährleisten. Diese Entwicklung findet in Kollabo-

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M-Bereich-Gruppen

Abbildung 122: Stripline-Strahlpositionsmonitor fürTTF2, fest verbunden mit einem Quadrupol. Diese Kon-struktion erleichtert wesentlich das Positionieren desStrahls im Zentrum des Magneten.

rationen mit der Universität Jena und der GSI Darm-stadt statt. Weiterhin wurde die Fertigung speziellerLeuchtschirme nach Anwenderspezifikation betrieben.So wurden unter anderem besondere Anfertigungen fürIHEP (Titanfolien), HASYLAB und PITZ realisiert.Für den geplanten Aufbau eines Laser-Wire-Scannersbei PETRA wurden eingehende Studien für einen De-tektor aus PbWO4-Kristallen betrieben und erste In-stallationskonzepte für den Laser erarbeitet. In Zusam-menarbeit mit IHEP entsteht ein neuartiger Monitor zurBeobachtungvon Strahlprofil-Injektionsschwingungenin HERA-p, basierend auf einem OTR-Schirm und einerumlaufsynchronen Signalauslese. Die Entwicklungsar-beiten und erste Untersuchungen wurden in Protvinovorgenommen. Bei der Messung von strahlangeregtenDipolschwingungen (,,Higher Order Modes“ HOM) anden TTF-Resonatoren wurde der Messaufbau an denHOM-Kopplern aufgebaut und betreut. Als Messge-räte dienten fernsteuerbare Mikrowellen-Koaxialrelaisund ein Spektrumanalysator, welche halbautomatischper Rechnerprogramm gefahren wurden.

Strahlkontrollen – MSK –

Die Gruppe MSK ist zuständig für spezielle Kontroll-und Instrumentierungsaufgaben im Zusammenhang mitder Strahldynamik in HERA und den Vorbeschleuni-gern sowie für die TESLA Test Facility TTF; dazugehören die folgenden Aufgabenschwerpunkte:

– Transfersteuerung und Synchronisation bei der Teil-cheninjektion,

– Markersysteme und Triggererzeugung,

– HF-AnsteuerungvonVorbeschleunigernundHERA,

– Strahlfeedback an allen Beschleunigern,

– Messung longitudinaler Strahlschwingungen,

– Messung der Q-Werte durch Analyse der transver-salen Strahlschwingungen,

– Magnetstromsteuerung für DESY II und DESY III,

– Frequenzsteuerung für die HF der Protonenmaschi-nen.

Im Berichtsjahr wurden im Wesentlichen folgende Ein-zelaufgaben bearbeitet:

– Umstellung der Übertragungsstrecken für dasHERA-Timingsystem auf Glasfaser (LWL). Da-durch wird der Einfluss von Störungen und Po-tentialschwankungen im Netz auf die Elektronikvermindert.

– Test und Weiterentwickklung des Layout einesneuen Triggergenerators für den LINACII als VME-Modul.

– Weiterentwicklung der Temperaturkompensationfür die 500 MHz HF-Übertragung zu den HERA-Senderhallen. Hierzu waren umfangreiche Ab-gleicharbeiten nötig.

– UntersuchungenzurVerbesserungderzeitlichenRe-produzierbarkeit der Protonenbunche relativ zumMarkersystem bei HERA.

– Implementierung und Beginn der Inbetriebnahmeder Hardware für die neue HERA-p Transfersteue-rung. Die Software entsteht in enger Anlehnungan die HERA-e Transfersteuerung, die ihre Bewäh-rungsphase abgeschlossen hat.

– Untersuchung der spektralen Reinheit der HF für dieProtonenbeschleunigung im Rahmen der ,,Coasting

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M-Bereich-Gruppen

Beam“ Problematik in HERA in Zusammenarbeitmit dem IHP (Moskau).

– Erweiterung und Verbesserung der Feedbacksys-teme durch Softwareerweiterung und Entwicklungvon digitalen Filtern zur Trennung von longitudina-len und transversalen Signalanteilen.

– Weitere Optimierung der Schwingungsdetektorender Feedbacksysteme hinsichtlich ihrer Auflösung,und Vervollständigung des Bestands an Ersatzge-räten.

– Entwicklung des Prototyps einer neuen Arbeits-punktmessung für DORIS. Dazu werden die Signaledes Multibunch-Feedback spektral analysiert unddie Q-Werte im BKR dargestellt.

– Weiterentwicklung der Strahllageregelung (schnel-les Feedback) für TTF.

– Entwicklung eines Phasendetektors zur Messungder Flugzeit der Bunche in TTF unter dem Ein-fluss des Bunchkompressors. Die Bunchphase kannrelativ zur HF-Referenz von Puls zu Puls miteiner Auflösung von weniger als 1 ps gemessenwerden.

– Anpassung der Magnetstrom- und Frequenzkon-trolle für DESY III an die Standards der HERA-Kontrollen. Dazu wurde ein Interface zwischen derBedienkonsole und den I/O CPUs auf der Basisvon TINE-Protokollen erstellt. Außerdem wurdendie CPUs für Dipol, Quadrupol und HF auf dasBetriebssystem VxWorks umgestellt.

– Inbetriebnahme einer Fernsteuerung der DESY III-Dipol- und Quadrupol-Netzgeräte aus dem BKR,außerdem Einrichtung einer neuen Übertragung deranalogen Soll- und Istwerte der Magnetströme fürdie Darstellung im BKR.

– Erstellung einer DESY-Webseite für die GruppeMSK.

Quenchüberwachung

Die Projektgruppe ,,Quenchüberwachung“ besteht ausMitgliedern der M-Bereichsgruppen MST, MDI, MVPund MKS sowie der F-Bereichsgruppe FEB. Die Auf-gabe der Gruppe besteht darin, das Quenchüberwa-chungssystem des HERA-Protonenrings weiterzuent-wickeln und zu betreuen. Von einem Quench spricht

man, wenn ein supraleitender Magnet, zum Beispieldurch einen Energieeintrag bei einem Strahlverlust,schlagartig in den normalleitenden Zustand übergeht.Das Quenchüberwachungssystem sorgt unter anderemdafür, dass der Strom in der betroffenen Magnetspulevon Schutzdioden übernommen wird, bis der Strom ab-geschaltet ist. Auf diese Weise wird die Zerstörung derSpule verhindert.

Durch den Einbau neuer supraleitender Magnete miteiner eigenen Quenchüberwachungselektronik in denWechselwirkungszonen von H1 und ZEUS im Rah-men des HERA-Projektes zur Erhöhung der Lumino-sität hat sich das Aufgabengebiet der Projektgruppe imBerichtsjahr erweitert. Die im Vorjahr begonnene Ent-wicklung der benötigten Elektronik wurde abgeschlos-sen und die bei Messungen auf dem Magnetteststandgewonnenen Erfahrungen in den Entwurf der Elektro-nik eingearbeitet. Trotzdem erwies sich, wie erwartet,die Inbetriebnahme der neuen Quenchüberwachungs-elektronik im Bereich H1 und ZEUS als schwierig, daaus magnetbaulichen Gründen das störungsunempfind-liche Messbrückenprinzip der HERA-p Hauptmagnetenicht angewendet werden konnte. Durch intensive Zu-sammenarbeit mit anderen M-Bereichsgruppen wurdedas komplexe System, bestehendausMagnetspule,Käl-tesystem, Netzgerät, Quenchüberwachung und Kon-trollsystem, so weit optimiert, dass ein reibungsloserRoutinebetrieb möglich wurde.

Die Quenchüberwachungselektronik der HERA-pHauptmagnete war vom Umbau der Wechselwirkungs-zonen nicht betroffen. Ihre Wiederinbetriebnahme nachder mehrmonatigen Betriebsunterbrechung von HERAwar problemlos. Die durch den Einbau zusätzlicherStrahlverlustdetektoren notwendig gewordenen Modi-fikationen am ringweiten Alarmsystem des Quench-überwachungssystems hatten jedoch unerwartete Stö-rungen des Alarmsystems zur Folge. Diese konn-ten nach einer umfangreichen Fehlersuche beseitigtwerden.

Vakuum – MVA –

Mit Ausnahme der Vakuumsysteme von HERA-p,DESY III sowie TTF werden alle Vakuumsysteme derDESY Beschleuniger von der Gruppe MVA entworfen,gefertigt, betrieben sowie weiterentwickelt.

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M-Bereich-Gruppen

HERA-Umbau undBetreuung laufender Beschleuniger

Im Jahre 2001 wurden die Arbeiten am VorhabenHERALuminositätsupgrade, welches für die Gruppe MVA inden letzten drei Jahren ein Hauptprojekt war, been-det. Etwa 400 m neu konstruierte Strahlröhren wurdenbis zum Sommer in den neu konfigurierten Wechselwir-kungszonen installiert. Kritische Elemente waren dabeidünnwandige Edelstahlkammern mit Außenverkupfe-rung zur Verbesserung der Wärmeleitung sowie Hoch-leistungsabsorber für Synchrotronstrahlung. Erstmaligkamen bei HERA integrierte NEG-Pumpen zum Ein-satz, die auf einem speziellen NEG-Material basieren,das bereits bei 400◦C aktivierbar ist. Der Einsatz des beiHERA verwendeten Standardmaterials mit einer Ak-tivierungstemperatur von 800◦C war wegen zu großerthermischer Belastung der relativ komplex aufgebautenEdelstahlkammern nicht möglich.

Weiterhin wurden Vakuumabschnitte für die neu ein-gebauten Spinrotatoren in den Wechselwirkungszo-nen Nord und Süd installiert. Die Gesamtlänge dieserAbschnitte der Elektronenmaschine beträgt ungefähr240 m.

Bei DORIS wurden neue Triplettkammern eingebaut,die eine mechanische Entkoppelung von Quadrupolenund Kammern ermöglichen. Bei der alten Installationwar es zu Orbitschwankungen gekommen, da die ther-mische Verformung von Vakuumkammern zu kleinenVerschiebungen der Quadrupole führte. Im LINAC IIwurden zwei bei MVA gefertigte S-Band Struktureninstalliert. Die Umkonstruktion bzw. Fertigung einerneuen Elektronenkanone für den Injektorteststand PITZin Zeuthen ist bei MVA in Arbeit.

Beiträge zu TTF2

Zwei größere Vakuumabschnitte für den TTF2 Be-schleuniger werden bei MVA konstruiert und gefertigt.Es handelt sich dabei um den so genannten Bunch-kompressor III mit einer flachen, etwa 25 m langenEdelstahlkammer sowie den Spektrometerarm am Endedes Beschleunigers. Weiterhin werden ein Meter langeKeramikkammern als Teil von Feedbackkickern gefer-tigt. In einer speziell für diesen Zweck aufgebautenMagnetron-Sputtereinrichtung wird die Innenoberflä-che dieser Kammern mit einer dünnen Edelstahlschicht

versehen. Diese Schicht ist dick genug, um durchden Strahl erzeugte Spiegelströme weiterzuleiten, abergleichzeitig dünn genug, um die Durchdringung derKickermagnetfelder mit der nötigen Bandbreite zu ge-währleisten.

Ein weiteres Teilprojekt für TTF2 ist der Aufbau einerso genannten Probenbeschussanlage, die es erlaubenwird, thermisch-mechanische Eigenschaften von Ma-terialproben beim Beschuss mit einem konzentriertenElektronenstrahl zu untersuchen. Alle Konstruktions-arbeiten im Zusammenhang mit TTF2 wurden erst-malig komplett mit dreidimensionaler CAD Softwaredurchgeführt.

Elektronenstrahlschweißanlage

Im Herbst des Jahres wurde im Gebäude 14, der Fer-tigungshalle von MVA, eine neue Elektronenstrahl-schweißanlage für die Fertigung von TESLA-Kavitätenin Betrieb genommen. Die neue Anlage wird von denGruppen MVA, MKS und ZM gemeinschaftlich betrie-ben, wobei die Bereitstellung der Infrastruktur und dieingenieursmäßige Betreuung durch die Gruppe MVAerfolgt. Die Besonderheit der Anlage liegt in der Reali-sierung eines besonders niedrigen Restgasdruckes wäh-rend des Schweißvorganges, was durch den Einsatzzweier Kryopumpen mit extrem hoher Saugleistungerreicht wird. Von dem im Vergleich mit herkömmli-chen Schweißanlagen um etwa zwei Größenordnungenniedrigeren Arbeitsdruck verspricht man sich eine Re-duktion der Verunreinigungen in den Schweißnähtenund damit einen verbesserten RRR Wert des Niobs.Die ersten Arbeiten an der Schweißanlage beinhaltendie Ermittlung optimaler Parameter für das Schwei-ßen der Niob-Kavitäten sowie die systematische Unter-suchung der Verunreinigungen in den Schweißnähtenunter verschiedensten Bedingungen.

Entwicklungsarbeiten für TESLA

Für den Transport extrem kurzer Teilchenpakete sindglatte, gut leitende Strahlrohre essenziell, um die selbst-induzierten Felder des Strahls zu minimieren. Im Zu-sammenhang mit diesen Anforderungen, insbeson-dere des TESLA FEL, wurden bei MVA verschiedeneMethoden zur Beschichtung von Edelstahlröhren mit

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M-Bereich-Gruppen

Kupfer untersucht. Diese Verfahren umfassen galvani-sche Methoden mit anschließender Wärmebehandlung,Sputtern sowie thermisches Bedampfen. Insbesonderemit den ersten beiden Verfahren wurden sehr gute Er-gebnisse im Hinblick auf die Haftung der Kupferschichtund eine exzellente Leitfähigkeit, die mittels Hochfre-quenzmessungen verifiziert wurde, erzielt. Es ist ge-plant, diese Aktivitäten auch im Hinblick auf geringeOberflächenrauigkeit und kostengünstige Massenpro-duktion fortzuführen.

Untersuchungen zur Herstellung von dünnwandigenUndulatorkammern mit Innendurchmessern von weni-gen Millimetern wurden begonnen. Ein weiteres Themain diesem Zusammenhang ist die Entwicklung von ef-fizienten induktiven Lötverfahren zur Erstellung vonUHV-tauglichen Kupfer-Kupfer bzw. Kupfer-EdelstahlVerbindungen. Sehr gute Ergebnisse wurden beimdirekten Anlöten von Edelstahlflanschen an Kupfer-Kammern erzielt.

Ein weiteres wichtiges Arbeitsfeld ist die Entwick-lung von Kollimatormaterialien sowohl für den Linear-Collider als auch für die FEL Facility von TESLA. InKollaboration mit SLAC wurden im Oktober Wake-field Messungen an bei MVA gefertigten Graphit-Kollimatoren mit dem SLC-Strahl durchgeführt. ImWeiteren sind die Fertigung von Kollimatoren aus py-rolytischem Graphit, Versuche zur Beschichtung vonGraphit sowie Untersuchungen von Lötverbindungengeplant.

Protonenvakuum – MVP –

Die Gruppe MVP ist für die Vakuumsysteme des Proto-nenrings von HERA, einschließlich der Isoliervakuum-systeme für die Heliumtransferleitung und die supra-leitenden Magnete, des Protonenrings von DESY III,sowie die der TESLA Test Facility im Rahmen desLinear-Collider Projekts TESLA verantwortlich. DieVakuumsysteme werden von der Gruppe entworfen,gebaut, betrieben und weiterentwickelt. Weiterhin istdie Gruppe maßgeblich an der Entwicklung und demBetrieb des TTF-Kontrollsystems beteiligt.

Im Berichtsjahr bereitete der Betrieb dieser Systemekeinerlei Probleme. Die Aufgaben der Gruppe konzen-trierten sich vor allem auf die im Rahmen der Lumi-nositätserhöhung bei HERA notwendigen Umbauten

der HERA-p-Vakuumsysteme, diverse Wartungs- undReparaturarbeiten sowie auf die Weiterentwicklungund den Ausbau der Vakuum- und Kontrollsystemefür die TESLA Test Facility (TTF) und den supralei-tenden TTF-Linearbeschleuniger. Weiter wurden derAufbau und die Inbetriebnahme von 60 weiteren,fernbedienbaren Vakuumpumpständen nahezu abge-schlossen.

HERA

Bei dem in der Wartungsperiode 2000/2001 durchge-führten Umbau der Wechselwirkungszonen Nord undSüd zur Luminositätserhöhung von HERA wurden rund320 m des Protonenvakuumsystems modifiziert. Hier-für wurden im Berichtszeitraum die aus Kostengründenüberwiegend gruppenintern durchgeführte Fertigungder neuen Vakuumkammern mit zum Teil elliptischenStrahlquerschnitten sowie die Modifikationen der wei-ter zu verwendenden Kammern abgeschlossen. Nachdem Aufbau der neuen Abschnitte im HERA-Tunnelwurden diese erfolgreich in Betrieb genommen.

Die beiden Synchrotronstrahlungsabsorberzum Schutzder Strahlventile nahe der Wechselwirkungszonenwur-den ebenfalls fertig gestellt und eingebaut. Aufgrundder deutlich höheren Wärmelast an diesen Positionenwar eine Neukonstruktion von wassergekühlten Absor-bern erforderlich, wobei die zur Verfügung stehendeEinbaulänge äußerst knapp bemessen ist.

Für die neuen supraleitenden Magnete GG und GO, diesich innerhalb der beiden Detektoren von H1 und ZEUSbefinden, wurden die Isoliervakuumsysteme aufgebautund in Betrieb genommen.

In der Wartungsperiode wurden umfangreiche War-tungs- und Reparaturarbeiten am Isoliervakuumsystemzur Beseitigung von Lecks sowie an den Pumpen, Va-kuumschiebern, Messröhren und elektronischen Kom-ponenten durchgeführt. Ebenso wurden einige Mo-difikationen zum Einbau weiterer Diagnoseelementesowie der Spinrotatoren im Norden und Süden ausge-führt.

Die komplette Umstellung des elf Jahre alten Vaku-umkontrollsystems des HERA-p-Ringes auf das beiTTF verwendete DOOCS (Data Object Oriented Con-trol System) wurde Anfang 2001 erfolgreich und na-hezu reibungslos durchgeführt. Das bisherige System

213

M-Bereich-Gruppen

lief zwar überaus zuverlässig, war aber an vielen Stel-len am Rande seiner Leistungsfähigkeit angekommen,und Erweiterungen waren daher nur begrenzt möglich.Durch die Umstellung konnten zum einen die im Rah-men der Luminositätserhöhung neu hinzugekomme-nen Vakuumkomponenten problemlos integriert wer-den, zum anderen ergaben sich für die Bedienung derKontrollprogramme eine Reihe von neuen und nütz-lichen Hilfsmitteln, die sich beim Betrieb des TTF-Linearbeschleunigers bereits bewährt haben. Ein wei-terer Vorteil ist, dass in Zukunft von der Gruppe nurnoch ein Kontrollsystem betreut werden muss.

DESY III

Die Wiederinbetriebnahme des Vakuumsystems beiDESY III nach dem Einbau des neuen Protonenreso-nators in der Wartungsperiode 2000 verlief reibungslosund bereitete für den Protonenbetrieb im Berichtszeit-raum keinerlei Probleme.

Vakuumsysteme für neue Linearbeschleuniger(TTF und TESLA)

Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten für den neuenLinear-Collider TESLA wurden an den Vakuumsyste-men für den Testbetrieb der supraleitenden Resonatorendiverse Verbesserungen und Erweiterungen vorgenom-men, um die Abläufe weiter zu optimieren.

Beim Betrieb des supraleitenden Linearbeschleunigersder TESLA Test Facility bereitete das Vakuumsystemkeinerlei Probleme. Es wurden mehrere Modifikatio-nen am Vakuumsystem durchgeführt. Hierzu gehör-ten einige Umbauten im Bereich der Elektronenkanoneund der Einbau von Elementen für diverse Experimentewie Vakuumkammern für das RAFEL-Experiment, den,,Beam-Trajectory-Monitor“ sowie einen Kollimatorzur Abschattung des Dunkelstroms von der Elektro-nenquelle. Weiterhin wurde im BunchkompressorII dieDipolkammer vor dem Modul ACC2 gegen eine Kam-mer mit deutlich geringerer vertikaler Apertur (8 mminnere Kammerhöhe) ausgetauscht. Für die Fertigungdieser Edelstahlkammer wurden spezielle Techniken,wie Wasserstrahlschneiden für die Profile und Elek-tronenstrahlschweißen für die Verbindungsnähte, an-gewandt. Vor dem Einbau in den Beschleuniger wur-den, wie bisher, alle neuen Vakuumkomponenten im

Reinraum mit ähnlichen Prozeduren wie die supralei-tenden Resonatoren gereinigt, um Staub und anderePartikel zu entfernen. Die Installation der Vakuumkam-mern in den Beschleuniger erfolgte mit kleinen mobilenReinräumen.

Im Rahmen des Tests des Superstrukturmoduls im TTF-Linearbeschleuniger soll als Vorstufe für TESLA auchein Absorber für höhere Moden (HOM) aus einer aufwenige Kelvin gekühlten Keramik untersucht werden.Hierfür wurde bei der Gruppe MVP eine technische Lö-sung entwickelt und für den Einbau vorbereitet. Ebensowurden hierfür wie auch für andere Teilprojekte um-fangreiche Untersuchungen hinsichtlich der Vakuum-tauglichkeit verschiedenster Materialien durchgeführt.

Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeiten der GruppeMVP bilden die Vorbereitungen für den Ausbau desTTF-Linearbeschleunigers auf 1 GeV (TTF2). Hierfürwurde im Berichtszeitraum das Konzept für das Vaku-umsystem einschließlich der Anordnung von Pumpenund Ventilen festgelegt und mit der detaillierten Aus-legung der Strecken begonnen. Im Bereich Injektor,Bunchkompressor II sowie anschließender Diagnose-strecke ist die Erarbeitung des Layouts weit fortge-schritten. Der Aufbau der temporären Strahlführungenim Bereich der erst später zu installierenden Seeding-Undulatoren sowie des TESLA-Moduls wurde festge-legt und mit der Detailkonstruktion der Komponentenbegonnen. Die Bearbeitung der Abschnitte Bunchkom-pressor III, Kollimatorstrecke und Bypass durch andereGruppen wurde vakuumtechnisch durch MVP koordi-niert. Im Gegensatz zum Aufbau von TTF1 sind fürTTF2 aufgrund der hohen Anforderung an die Strahl-qualität HF-Abschirmungen in den Bälgen notwendig.Daher wurde ein Schiebestück mit einem Kupfereinsatzals HF-Abschirmung entwickelt, das keine aufeinanderreibenden Flächen enthält, um die Erzeugung von Parti-keln während der Montage bzw. des Betriebs zu vermei-den. Ferner wurde mit Detailstudien für die Konstruk-tion der Vakuumkammern für die ,,Optical TransitionRadiation“ (OTR) Monitore begonnen.

Für die Vakuumkomponenten der TESLA Test Faci-lity und zunehmend auch für Komponenten in denStrahlführungen des Synchrotronstrahlungslabors vonHASYLAB bestehen gegenüber den anderen Beschleu-nigern erhöhte Anforderungen hinsichtlich Staub- undPartikelfreiheit. Bisher werden daher alle Vakuum-komponenten nach der UHV-Standardreinigungzusätz-

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M-Bereich-Gruppen

lich in denselben Anlagen wie die TTF-Resonatorengereinigt, um Staub und andere Partikel zu entfer-nen. Um längerfristig die Arbeiten an den supralei-tenden Resonatoren und die Reinigung von Vakuum-komponenten im Reinraum zu entkoppeln, wurde inZusammenarbeit der Vakuumgruppe vom HASYLABmit MVP eine neue Ultraschallreinigungsanlage fürUltrahochvakuum-Komponenten konzipiert und dieBeschaffung der Komponenten vorbereitet.

Am Injektorteststand PITZ in Zeuthen wurde der Auf-bau des Vakuumsystems weiterhin unterstützt, vor al-lem im Bereich der elektronischen Komponenten.

Der Aufbau von 60 weiteren, fernbedienbaren Pump-ständen wurde nahezu abgeschlossen. Die fertig gestell-ten Pumpstände sind inzwischen an den vorgesehenenStellen in Betrieb genommen worden.

Kontrollsystem für neue Linearbeschleuniger(TTF und TESLA)

Auch in diesem Berichtszeitraum wurden die Arbeitenzur Automatisierung des Beschleunigerbetriebes wei-tergeführt. Ein ,,Finite State Machine Server“ steuertdie gesamte Hochfrequenz und startet automatisch dieSubsysteme, stellt die Parameter ein und überwacht denlaufenden Betrieb. Ausgefallene Komponenten werdenvon diesem Server selbständig wieder eingeschaltet.Ein weiterer ,,State Machine Server“ für den Start desLasers konnte ebenfalls in Betrieb genommen werden.

Für die Geräte-Server wurde die Abarbeitung der Pro-gramme auf mehrere so genannte ,,Threads“ umgestellt.Dadurch werden die Teilaufgaben in einem Server inverschiedene, unabhängige Einheiten geteilt. Die Ab-arbeitung von Anfragen von anderen Programmen kön-nen jetzt unabhängig von den Interrupts und der Daten-archivierung geschehen. Diese Erweiterung kann durcheinfaches Neuübersetzen in alle vorhandenen Serverübernommen werden.

Der TTF Linearbeschleuniger wird seit diesem Jahrauch vom Hauptbeschleunigerkontrollraum (BKR) ausgesteuert (siehe auch Seite 230). Die erforderlichenKonsolen wurden installiert. 2001 wurde der gesamteLINAC erstmalig auch aus Italien gesteuert. Teilsys-teme wurden schon in früheren Jahren von den Partner-instituten, zum Beispiel aus Paris, gesteuert. Für einen

derartigen Fernsteuerungsbetrieb waren einige Voraus-setzungen zu schaffen. Dazu gehören ein zuverlässigesund von der Netzwerkverbindung unabhängiges Über-wachungssystem, das den Beschleuniger bei allen Feh-lern sicher ausschaltet, und das Lesen und Steuern allerParameter der Anlage von entfernten Orten.

Darüber hinaus wurde eine ganze Reihe von Verbes-serungen im Detail an der Hardware und in den Ap-plikationen für den TTF-Betrieb vorgenommen und anKonzepten für TTF2 gearbeitet.

Kryogenik und Supraleitung – MKS –

HERA-Kryogenik

Das HERA-Kältesystem zur Helium-Versorgung dersupraleitenden Protonenringmagnete, der Experimenteund der supraleitenden Kavitäten wurde in der ge-planten HERA-Betriebsunterbrechung ab Anfang Sep-tember 2000 aufgewärmt und ab Mitte April 2001wieder kaltgefahren. Während der Betriebsunterbre-chung wurden an den Anlagenkomponenten routine-mäßige Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten durch-geführt. Außerdem wurde in dieser Zeit eine der dreiKälteanlagen für jeweils zweimal vier bzw. einmaldrei Wochen betrieben, um die vier neuen supraleiten-den Luminositäts-Upgrade Magnete GO und GG fürdie Wechselwirkungszonen bei H1 und ZEUS in derMagnettesthalle kalt zu testen. Dazu wurde ein vor-handener HERA-Magnetteststand entsprechend umge-rüstet.

Die Kalttests der bis Dezember 2001 vom BNL (USA)gelieferten zwei Ersatzmagnete mit ihren in Teilen ge-lieferten Stromzuführungen wurden entsprechend vor-bereitet.

An den Kompressoren der Kälteanlagen wurden dievorhandenen alten SPS-Steuerungen, die zu Ausfällenneigten und für die es keinen Ersatz mehr gab, durchneue ersetzt.

Die zur Steigerung der Kompressorleistung zunächstfür den Betrieb des HERA-Südhalbrings bestelltenFrequenzumrichter wurden Ende 2001 geliefert undwerden im Laufe des Jahres 2002 in Betrieb ge-nommen.

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M-Bereich-Gruppen

Die Hauptaktivitäten der HERA-Kryogruppe lagen imBerichtszeitraum in Installation, Inbetriebsetzung undTests der Kryoversorgung für die supraleitenden Ma-gnete GO und GG bei H1 und ZEUS. Das Abkühlen derneuen Vorkühlerboxen und der Magnete vom HERAHeliumverteilungssystem her erfolgte wie geplant undproblemlos. Unmittelbar danach konnte der routine-mäßige Kühlbetrieb aufgenommen werden. Auch einzwischenzeitliches Wiederaufwärmen der Magnete unddes zugehörigen Strahlrohres zum Zwecke der NEG-Pumpen Regeneration konnte reibungslos durchgeführtwerden.

Für HASYLAB und die Labors wurden im Jahr 2001 inder HERA-Kryoanlage insgesamt 4600 kg Helium ver-flüssigt und in Kannen bereitgestellt. Eingetretene Ver-sorgungsengpässe von Seiten der Helium-Lieferfirmenführten zwar nicht zu Betriebseinschränkungen, zeig-ten jedoch erneut einen Klärungsbedarf bezüglich derexternen Heliumversorgung auf.

HERA-Kryokontrollen

Für das in der HERA-Kryoanlage verwendete D/3Kontrollsystem wurde ein Upgrade auf Version 10.2beschafft. Die Implementierung soll in der nächstengrößeren HERA-Wartungsperiode erfolgen.

Bedingt durch die Konstruktion der Stromzuführungs-türme (,,Leadtower“) der supraleitenden GO- bzw. GG-Magnete wurde ein komplexes System aus Stromzu-führungskühlung und äußerer Erwärmung des oberenTeils der Stromanschlüsse notwendig. Dieses Systemerlaubt einen problemlosen Betrieb bei unterschied-lichsten Umgebungsbedingungenund Strömen der ein-zelnen Magnetkreise. Durch dieses während mehrererTestphasen optimierte System wurde die Gefahr aus-geschaltet, dass Dichtungen durch zu niedrige Tem-peraturen (zum Beispiel T < −50 ◦C) beschädigt oderdie Stromzuführungen überhitzt werden. Wärme, dievon außen über die Stromzuführungen in den Ma-gneten gelangt und dort zu einem Quench führenkann, wird kontinuierlich auf ein Minimum reduziertwerden.

In Zusammenarbeit mit der Gruppe MKK wurde einEPICS-Interface für speicherprogrammierbare Steue-rungen (SPS) auf Basis des TCP/IP Protokolls entwi-ckelt. Ausgangspunkt für diese Entwicklung war eine

Software, welche von der Kontrollgruppe der SwissLight Source (PSI/SLS) entwickelt wurde. So konnteder Entwicklungsaufwand bei DESY erheblich redu-ziert werden.

Das Kontroll- und Datenerfassungssystem der supra-leitenden Referenzmagnete von HERA-p wurde mo-dernisiert. Zur Auslese werden jetzt PCs benutzt. DieClient-Server Software wurde in Visual Basic realisiert.

Für den Umbau der Wechselwirkungszonenvon HERAim Rahmen der Luminositätserhöhung wurden etwa 50normalleitende Quadrupol-Magnete und sechs supra-leitende Magnete benötigt. Die normalleitenden Ma-gnete und die supraleitenden Magnete sind vor demEinbau auf einem Teststand in Halle 55 getestet undmagnetisch und optisch vermessen worden.

Beschleunigerentwicklung (TTF und TESLA)

Anfang 2001 gab es nach einem Membranbruch in derHochdruckspülanlage einen Einbruch in der Resonator-Qualität. In einer mehrwöchigen Aktion wurden alleBauteile des Hochdruckspülen-Systems von dem beimMembranbruch eingedrungenen Öl gereinigt und neuqualifiziert. Neben dieser Betriebsstörung traten ersteVerschleißmerkmale in der Infrastruktur wie Partikel-kontamination in Pumpensystemen, Filterausfälle undVerschleiß in Bauteilen der Chemieanlage auf.

Durch eine komplette Generalüberholung des Reinrau-mes sowie der Pumpen und der Klimaanlage und durcheine intensive Überwachung der Arbeitsschritte konn-ten die Resonator-Ergebnisse wieder auf den im Vor-jahr erreichten Standard zurückgeführt werden, so dassdie noch fehlenden Resonatoren für Modul 5 erfolg-reich getestet werden konnten. Nach der Überholungder Anlage erreichte ein Resonator im horizontalenTest 32 MV/m und zeigte dabei bis 28 MV/m keineFeldemission.

Zur Vermeidung von Betriebsstörungen, zur Qualitäts-sicherung und zur frühen Erkennung von Fehlerquel-len wurde das Überwachungssystemfür Wasserqualitätund Luftpartikel-Kontamination erweitert und auf rech-nergestützte Datennahme umgerüstet. Die Auswertungder Partikelfilter, durch die das beim Hochdruckspülenaus den Resonatoren ablaufende Wasser geführt wird,

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M-Bereich-Gruppen

Abbildung 123: Superstruktur beim Einfahren in die EB Anlage.

wurde intensiviert, so dass diese Analyse nun zeitnahzur Behandlung erfolgt.

Die für den ersten Test einer Superstruktur notwendigen7-zelligen Resonatoren wurden bei DESY angeliefertund getestet.

Für die Verbindung der Resonatoren dieser Superstruk-turen wurde eine supraleitende UHV Vakuumdich-tung entwickelt. Mit dieser Dichtungstechnik konnteein zweizelliger Resonator reproduzierbar bis an seineLeistungsgrenze betrieben werden. Diese Werte konn-ten jedoch nicht auf die 7-zelligen Strukturen übertra-gen werden. Die Ursache hierfür scheint in den Mate-rialparametern der Niob-Titan-Legierung der Flanscheund des zur Herstellung der Dichtungen eingesetztenNiobs zu liegen. Zur Realisierung des Superstruktur-Projekts wurde daraufhin eine Schweißversion derSuperstruktur entwickelt. Hierfür sind Vorrichtungenund Handlingsysteme gefertigt (Abb. 123) sowie einneuer Behandlungsablauf erstellt worden. In den vordem Verschweißen zweier Resonatoren zur Super-struktur durchgeführten vertikalen Messungen mit an-geschweißten Strahlrohrverlängerungen erreichten dieSubstrukturen jeweils 18 MV/m Beschleunigungsfeld-stärke. Beide Superstrukturen sind zum Ende des Be-

richtszeitraums komplett geschweißt worden und sollenim Frühjahr 2002 in ein Modul eingebaut werden.

Bei mehren Experimenten an supraleitenden Resonato-ren konnten Verbesserungen der Güte als Funktion derBeschleunigungsfeldstärke durch eine Wärmebehand-lung bei 100 bis 150 ◦C erreicht werden. Die hierfür imJahr 2000 gebaute Heizapparatur ist erfolgreich in Be-trieb genommen worden und seitdem fester Bestandteilder Resonator-Präparation.

Zur vollständigen Dokumentation und Steuerung vonArbeitsabläufen und um einen schnellen Datenzugrifffür verschiedene Personen gleichzeitig zu ermöglichen,wurde für den Bereich Resonator-Präparation und Rein-raummontage ein elektronisches Daten-Management-System (EDMS) eingeführt und Ende des Jahres inBetrieb genommen. Die hierfür erstellten Arbeitspa-kete und Arbeitsabläufe enthalten alle für die Arbeits-schritte notwendigen Informationen sowie Sicherheits-und Arbeitsablaufunterlagen.

Zur Realisierung der Elektropolitur (EP) bei DESY isteine neue Infrastruktur in Kooperation mit der GruppeMVA im Aufbau. Diese Anlage ist modular aufgebaut,so dass sie sowohl die Politur von einzelligen Test-

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M-Bereich-Gruppen

Resonatoren als auch die der geplanten Doppel-9-ZellerSuperstrukturen ermöglicht. Die zum Aufbau dieserInfrastruktur notwendigen Umbaumaßnahmen am Ge-bäude 28 wurden beendet. Mit der Installation der be-reits gelieferten Hardware wurde begonnen, so dassdiese Anlage ab Frühjahr 2002 in Betrieb genommenwerden kann.

In Vorbereitung der Elektropolitur wurden Messungenan Proben zur Parameterfestlegung durchgeführt. Hier-bei wurden neben Alterungserscheinungen und stan-dardisierten Betriebsparametern auch die für die Be-triebsgenehmigung notwendigen Sicherheitsparameteruntersucht.

Die Überwachung und Steuerung der Elektropolituran-lage wird auf einer SPS realisiert. Zu diesem Systemwurde eine Visualisierungssoftware entwickelt. DasSystem wurde an einem Simulationsaufbau getestet.

Im Frühjahr 2001 wurde das Kryomodul Nr. 4 fertiggestellt, dessen mittlerer Feldgradient, bezogen auf dieMessungen der einzelnen Resonatoren im Vertikalkryo-stat, bei 27 MV/m liegen wird. Zum Ende des Berichts-zeitraumes wurden die Resonatoren für das KryomodulNr. 5 fertig gestellt und in ihre Heliumbehälter einge-schweißt. Der zu erwartende mittlere Gradient diesesModuls liegt bei 28 MV/m.

Einzelkomponeten, die für den Bau der weiteren TTF-Kryomodule benötigt werden, wurden getestet. Unteranderem wurden Prototypen neuer Hochfrequenztuneruntersucht.

Zur Optimierung der Arbeiten an den supraleitendenKavitäten für TTF werden die chronologische Abfolgeder Arbeiten und die Verfügbarkeit der wichtigsten An-lagen zur Präparation und zum Test der Resonatorenin einer Datenbank festgehalten. Zusätzlich werden diewichtigsten Daten der visuellen und mechanischen Ein-gangskontrolle der Resonatoren, die Prozedur und Er-gebnisse ihrer chemischen Behandlungen und Messun-gen bei Zimmertemperatur und 2K in dieser Datenbankgespeichert.

Um den Zugriff auf diese Daten zu erleichtern, wurdeein umfangreiches graphisches Benutzer-Interface zurDatenbank erstellt, das die wichtigsten Ergebnisse inForm von Tabellen und Graphen zur Verfügung stellt.

Dieses Benutzer-Interface wurde auf die neuesten Ver-sionen der ORACLE-Produkte umgestellt und den Be-nutzerwünschen entsprechend stetig erweitert.

Im Berichtszeitraum wurde die HeliumkälteversorgungdesTTF-KältelaborsunddesTTF-Linearbeschleunigersmit zwei TTF-Kryomodulen gewährleistet. Dabeiwurde der Kältebetrieb des TTF Linearbeschleunigersim gesamten Jahr durchgehend aufrechterhalten.

Der Aufbau des TTF-Linearbeschleunigers in derPhase 2 ist mit einem Umbau des Injektors verbunden.Dieser Umbau erfordert unter anderem auch wesent-liche Änderungen der Heliumkälteverteilung für dieAnschlüsse der ersten beiden Kryomodule (ACC1 undACC2). Es wurde ein Konzept für die geänderte Heli-umkälteverteilung entworfen, die benötigten Kompo-nenten (Modulanschlusstransferleitungen mit Ventil-boxen und eine Modul-Feedbox) wurden spezifiziertund zur Beschaffung ausgeschrieben.

Die Konstruktion und Fertigung einer Bypass-Trans-ferleitung für den Bunchkompressor III bei einerFremdfirma wurde betreut. Für die Ersatzbeschaffungvon zwei Heliumschraubenkompressoren der TTF-Kälteanlage wurde die Spezifikation erstellt und dieAusschreibung veranlasst. Die Planung und Spezifika-tion für einen TTF-Modulteststand wurde aufgenom-men.

Im November 2001 wurden zum ersten Mal probeweisedie Kompressoren der HERA Kälteanlage benutzt, umdie 900 W Coldbox der TTF-Anlage zu versorgen.Damit ist eine Redundanz zu den TTF Heliumkom-pressoren hergestellt, die im Laufe des Jahres 2002ersetzt werden sollen. Die Cavity-Test-Anlage (CTA)für den Test von ein- bis dreizelligen supraleitendenResonatoren wurde, zusammen mit dem Stickstoff-Verteilungssystem für die Schildkühlung, fertig ge-stellt. Die 300 W Kälteanlage und der Testkryostat wur-den in Betrieb genommen und die Kalttests mit einemTesteinsatz wurden begonnen.

Für den kryogenischen Teil von TESLA wurden diePlanungen und Vorarbeiten fortgesetzt und die Ka-pitel ,,Accelerator Modules“ und ,,Cryogenics“ fürden TESLA TDR erarbeitet. In einer Arbeitsgruppe,,TESLA-Kryohallen“ wurden ein Teil der Vorberei-tungen zum Planfeststellungsverfahren und die Detail-planung der TESLA-Kryohallen vorangetrieben.

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Energieversorgung – MKK –

Die Gruppe MKK betreibt die Energieversorgungbei DESY. Die Stromversorgung beginnt bei dendrei 110 kV/10 kV-Großtransformatoren, die die 10 kV-Schaltstationen für die Energieverteilung speisen. DieEnergieverteilung geht bis zu den Niederspannungsan-lagen für die Gebäudeversorgung. Ein großes Aufga-bengebiet ist die Magnet- und Senderstromversorgung.Die gesamte Wasserkühlung, Kaltwasser und Druck-lufterzeugung sowie die Beheizung und Belüftung derGebäude, Experimente und Tunnel gehören ebenfallszu den Aufgaben der Gruppe.

Die wesentlichen Aktivitäten werden im Folgendendargestellt.

Stromversorgung

Die betriebsunsicheren 10 kV-Kabel wurden im Laufedes Jahres 2001 ersetzt. Betroffen waren die Verbrau-cher Senderstrom PETRA West, PETRA Nord undPETRA Süd-links sowie der LINAC II und die Quer-verbindung der 10 kV-Hauptstationen A und B. Kabel-fehler traten in diesem Jahr nicht mehr auf.

Die neue unterbrechungsfreie Stromversorgungs-Anlage und die zweite Einspeisung vom Rechen-zentrum haben sich bewährt. Trotz zweier Netzzu-sammenbrüche traten keine Netzstörungen bei denRechnern auf. Gegen Ende des Jahres wurde dieNiederspannungsschaltanlage für die Versorgung vonGebäude 2 erneuert und für die automatische Um-schaltung bei Netzausfall ausgerüstet. Die neue Nie-derspannungsversorgung für den Anbau der Halle 3wurde installiert und in Betrieb genommen. Für dieLuminositätserhöhung von HERA mussten zwei 10kV-Stromrichtertransformatoren im Bereich HERA-Nordund HERA-Süd aufgestellt werden.

Magnetstromversorgung

Im Rahmen des Projekts zur Erhöhung der Luminositätwurden über hundert neue Netzgeräte, davon 83 Chop-per, 17 Thyristor- und 3 Diodennetzgeräte beschafft,aufgebaut und in Betrieb genommen.

Die neuen Magnetbrücken in HERA-Nord und -Südwurden in der Magnettesthalle komplett aufgebaut undunter Betriebsbedingungen getestet. Für die neuen su-praleitenden GO- und GG-Magnete wurden Dump-schalter mit Steuerungen beschafft, aufgebaut und inBetrieb genommen. Bei DORIS wurden zehn neue Kor-rekturnetzgeräte nachgerüstet und in Betrieb genom-men.

Für die TTF-Klystronmodulatoren wurden vier neueLadenetzgeräte mit einer Ladespannung von 10 kV be-schafft. Es wurde mit den Planungen und Vorarbeitenzur TTF-Phase 2 begonnen. Eine Dreierkombinationder Elektronikschaltschränke, wie sie in TESLA ein-gebaut werden sollen, wurde beschafft und zunächst ineinem Holzgestell montiert. Das Andocksystem für dieendgültigen Container wurde projektiert und die Kostenermittelt. Die Stromversorgungen, die ebenfalls in denContainern installiert werden sollen, wurden entwickeltund Prototypen gebaut.

Die Steuerungen für die DESY III-Magnetstromver-sorgungen wurden überarbeitet und verbessert. Die10 kV-Schaltanlage für die statische Blindleistungs-kompensation von DESY III wurde erneuert und in dieFernkontrolle mit aufgenommen. Die Regelung undSteuerung für die Blindleistungskompensation wurdenebenfalls ersetzt.

Die DESY II-Magnetstromversorgungen liefen ohneStörungen. Im Öl der Summendrossel entwickelten sicherneut Gase, die auf eine Zersetzung von Isoliermaterialhindeuten. Die Untersuchungen dauern noch an. EineGefährdung des Betriebes ist aber nicht zu erwarten.Voruntersuchungen für die Erneuerung der DESY II12.5 Hz-Wechselstromquelle wurden begonnen.

Senderstromversorgung

Für DESY II wurde ein neues Konzept für den Klystron-schutz erarbeitet. Es funktioniert auf der Basis vonhochsperrenden lichtgetriggerten Thyristoren (LTT)und soll die Funkenstrecken aus den 60er Jahren erset-zen. Es müssen 14 LTTs, bestehend aus zwei Thyristor-säulen, in Reihe geschaltet werden. Die LTTs müssensehr hohen dI/dt-Werten von über 10 kA/µs widerste-hen. Dabei ist eine symmetrische Spannungsaufteilung

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während der Schaltvorgänge wichtig. Ein neu entwi-ckelter Prototyp wurde von der Firma Eupec geliefert.Er wird zur Zeit bei MKK komplettiert.

Für das HERA-Feedbacksystem in Halle West wur-de eine neue Senderstromversorgung in Betrieb ge-nommen. Sie ist baugleich mit der Feedbacksen-derstromversorgung von DORIS. Eine kompletteTrafo-Hochspannungsgleichrichter-Einheit wurde alsReserve beschafft.

Die Betriebserfahrungen mit den digitalen Schutzgerä-ten für die beiden 10 kV-Schaltanlagen, die in den Con-tainern PETRA-Ost und -West installiert sind, sind gut.Die integrierten Störwertschreiber ermöglichen einelaufendeFernüberwachung.NacheinerStörungkönnendie Spannungs- und Stromverläufe sowie die Schalt-aktionen ausgelesen werden. Dadurch wird die Feh-leranalyse wesentlich verbessert. Die digitalen Schutz-geräte bieten deutlich mehr Funktionalität und sollenbei neuen 10 kV-Schaltanlagen eingebaut werden. Die10 kV-Schaltanlage bei PETRA-Süd-rechts soll erneu-ert werden. Die technische Spezifikation wurde erar-beitet.

Überwachung und Kontrollen

Für das PITZ-Projekt in Zeuthen wurde die Steuerungund Regelung der Wasserkühlanlage in Betrieb genom-men. Die Betriebsdaten lassen sich auch von Hamburgaus lesen und die Regelparameter optimieren.

Bei den digitalen Schutzgeräten der Container PETRA-West und -Ost, bei verschiedenen Klima- undWasserkühlanlagen und bei der Steuerung für das Pum-penhaus im Anbau der Halle 3 (TTF-Phase 2) wur-den zahlreiche Verbesserungen und Modernisierungender Steuerungs- und Überwachungssysteme vorgenom-men. Für die Verwaltung der Datenpunkte aus demLeitsystem wurde eine Datenbankanwendung entwi-ckelt. Sie dient zur Generierung von diversen Kon-figurationsfiles wie Alarmhandler und Archivierung.Eine ORACLE-Datenbank ist die Basis für alle Ap-plikationen. Das elektronische Logbuch für die MKK-Schicht wurde erweitert und den Erfordernissen derMKK-Schicht und der Labors angepasst.

Eine Testinstallation neuer Transientenrekorder für dieSenderstromversorgungen wurde in Zusammenarbeitmit den Gruppen FEB und MKS2 entwickelt.

Wasserkühlung, Kaltwasser und Druckluft

Im Rahmen der Arbeiten zur Erhöhung der Lumi-nosität musste die Wasserversorgung in den geradenStücken von HERA-Nord und -Süd neu aufgebaut undin Betrieb genommen werden. Von 22 Kühltürmen,die früher beim PETRA HF-System eingesetzt waren,mussten 12 erneuert werden. Die erdverlegten Sam-melrohre hatten sich um einige Zentimeter abgesenkt,was auf eine mangelnde Erdverdichtung während derHERA-Bauzeit zurückzuführen ist.

Die Kältetrockner für die Druckluftversorgung derKryoanlagen wurden durch FCKW-freie Trockner aus-getauscht. In PETRA-Nord und -Süd wurden die Kol-benverdichter durch Schraubenkompressoren für dieDrucklufterzeugung ersetzt. Bei DORIS wurde einKompressor erneuert. In PETRA-Nord wurde die VE-Wasseraufbereitung überholt und teilweise erneuert.

In HERA-Nord wurde ein zusätzlicher Entgaser fürdas Kühlwasser installiert. Trotz Stickstoffpolster imAusdehnungsgefäß und Stickstoffeinperlung in HalleOst ist der Sauerstoffgehalt im HERA-Kühlwasser rechthoch. Die Ursachen werden weiter untersucht.

Das Mittel zur Härtestabilisierung des Kühlturmwas-sers wird weiter in Absprache mit der Umweltbehördetestweise eingesetzt. Die Kalkablagerungen halten sichin Grenzen und Rostfraß wurde in den Stahlrohren nichtmehr beobachtet. Die Gebäude 3 und 11 wurden an daszentrale Kaltwassernetz angeschlossen

Klima-, Lüftungs- und Heizungsanlagen

Die Klimaanlage des Hörsaals wurde komplett erneu-ert und umgebaut. Die Kälteversorgung erfolgt jetztaus dem zentralen Kaltwassernetz. Die Wärmeüberga-bestation für den Hörsaal und das Verwaltungsgebäudewurde ebenfalls ausgetauscht und leistungsmäßig ver-größert. Zahlreiche defekte bzw. altersschwache Lei-tungen, Wärmeübergabestationen und Klimaanlagenwurden ausgetauscht oder erneuert.

Die Klimatisierung der geplanten Undulatorstrecke imFEL-Tunnel wurde untersucht und Lösungsvorschlägewurden erarbeitet. Die Temperaturverteilung über eineLänge von 75 m soll mit einem mathematischen 3D-Modell berechnet werden.

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M-Bereich-Gruppen

Mit Hilfe der Visualisierung und Archivierung vonMessdaten konnten die Isolationsprobleme in denneuen 10 kV-Schaltanlagen der PETRA-Senderstrom-versorgung schnell aufgeklärt werden. Ursache war dieBelüftung der so genannten Container mit gekühlterAußenluft. Die Kühlung führte im Sommer zu einerhohen Luftfeuchtigkeit in der Zuluft, was dann Kriech-ströme auf den Isolatoren und Wandlern nach sich zog.Die Betriebsweise der Lüftungsanlagen wurde darauf-hin geändert und die Luftfeuchtigkeit beobachtet. Auchbei den Lüftungsanlagen für die HERA-Sender wurdedie Betriebsweise überprüft.

Kollaboration mit der TU Darmstadt

Beim Institut für Hochspannungstechnikder TU Darm-stadt wurden am Prototyp eines mehrfach koaxialenRohrgasleiters elektrische, thermische undmagnetischeMessungen durchgeführt. Die Dichtigkeitsmessungenergaben Spaltundichtigkeiten im Bereich der Gießharz-stücke. Die absolute Streufeldfreiheit konnte aufgrundder kurzen Länge von 6 m wegen der Streufelder derZuleitungen nicht gemessen werden. Der Abschluss-bericht soll 2002 erfolgen. Für den koaxialen Rohrgas-leiter erfolgte Ende 2001 die Patentierung. Der Pro-totyp soll auf der Hannover Messe 2002 von der TUDarmstadt und DESY präsentiert werden.

Beschleunigerplanung – MPL –

Die Gruppe MPL ist zuständig für die Planung undAufstellung von Beschleunigerstrukturen in Tunnelnund Experimentierhallen und die Koordination von Be-schleunigeraufstellungen. Eine andere wichtige Auf-gabe der Gruppe ist die Entwicklung von Kompo-nenten für die supraleitenden Beschleuniger und Ma-terialuntersuchungen, vor allem an Niob und Niob-Legierungen.

Beschleunigeraufstellungen

Konstruktive Restarbeiten für das Projekt zur Erhöhungder HERA-Luminosität wurden abgeschlossen. Mit denKonstruktionen der Unterbauten und Gestelle für TTF2wurde begonnen. Für die Sektionen Kollimatorstrecke

und temporäre Strahlführungen sind die Betonunter-bauten Ende November geliefert worden. Für die Kol-limatorstrecke sind die Entwürfe für die Aufstellungender Quadrupole, Sextupole, Dipole, und Korrekturma-gnete abgeschlossen, einschließlich der verfahrbarenQuadrupole, die senkrecht und quer zum Strahl überSchrittmotoren nachgeführt werden.

Für die Sektionen der temporären Strahlführungen sindPumpunterstützungen, Kammer- und Ventilhalterun-gen in Arbeit, ebenso die konstruktive Lösung derAnbindung der ,,Optical Transition Radiation“ (OTR)Linsensysteme auf den Unterbauten.

Entwicklung von nahtlosen Resonatoren

Für die Fertigung von mehrzelligen Resonatoren wardie Entwicklung der Einschnürung im Irisbereich erfor-derlich. Diese Entwicklung wurde zusammen mit derFirma HTI erfolgreich durchgeführt. Es wurden meh-rere dreizellige Cu-Resonatoren und der erste zwei-zellige Niob-Resonator durch Innenhochdruckumfor-mung (IHU) hergestellt (Abb. 124).

Die bei DESY durch IHU gefertigten vier einzelligensprengplattierten NbCu-Resonatoren der TESLA-Formwurden auf die HF-Eigenschaften getestet. Die Be-handlungen und Prüfungen sind in Kollaboration mitJefferson Lab (USA) und KEK (Japan) durchgeführtworden.

Das beste Ergebnis ist an dem Cavity 1NC2 beim Jef-ferson Lab erreicht worden. Die Beschleunigungsfeld-stärke beträgt 40 MV/m, die Güte Q = 1010 nach etwa180 µm ,,Buffered Chemical Polishing“ (BCP), zweiStunden Glühen bei 800 ◦C und 30 Stunden Ausbackenbei 140 ◦C. Dieses Ergebnis ist mit Abstand das besteResultat in der Geschichte von supraleitenden NbCu-Resonatoren. Die anderen drei NbCu-Resonatoren ha-ben im Dezember 2001 die Beschleunigungsfeldstärkevon 33 MV/m, 24 MV/m und 17 MV/m erreicht.

Vier neue einzellige mit Niob innen ausgekleidete Cu-ResonatorenderTESLA-Formsinddurch IHUgefertigtworden. Das NbCu-Rohr ist nach einem neuen Verfah-ren hergestellt worden (Strangpressen, siehe Niobrohr-entwicklung). Die für 2002 geplanten HF-Tests sol-len zeigen, welches Verfahren (Sprengplattieren oderStrangpressen) vorteilhafter ist.

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Abbildung 124: Durch IHU hergestellter zweizelliger nahtloser Niob-Resonator.

Es wurde eine neue Kalibrierungsvorrichtung fürTESLA-Resonatoren in Zusammenarbeit mit INRTroitsk (Russland) gebaut. Dafür wurde beim DESYeine Vorrichtung konstruiert, die über ein Joch mitSpindel und Hubelement die Matrizen aus dem Kali-brierungsrohr herausziehen kann; außerdem sind neueMittelzellen-Matrizen konstruiert worden. Durch Kali-brieren des fertigen Resonators mit dem hohen Druckvon etwa 1000 bar werden kleine Abweichungen in derForm korrigiert. Die Rechnersteuerung und die Simu-lationsrechnungen des Umformvorganges wurden aufmehrzellige Resonatoren erweitert.

Niobrohrentwicklung

Es sind neue nahtlose Test-Rohre aus massivem Niobgebaut worden. Es hat sich herausgestellt, dass die Ferti-gung aus dicken Blechen durch Drücken und Drückwal-zen eine akzeptable IHU-Tauglichkeit bereitstellt. Es

ist geplant, weitere zweizellige Resonatoren aus diesenRohren zu bauen.

Es sind bimetallische NbCu-Rohre nach einem neuenVerfahren hergestellt worden. Das dickwandige Niob-Rohr wird in ein Sandwich aus Cu-Rohren eingepacktund unter Vakuum zugeschweißt. Danach wird es durchStrangpressen warm auf die notwendigen Abmessun-gen (etwa 4 mm Gesamtdicke, davon etwa 1 mm Niobund etwa 3 mm Cu) umgeformt. Die stranggepresstenNbCu-Rohre zeigen im Vergleich mit sprengplattier-ten NbCu-Rohren bessere Bindungseigenschaften, dieWandstärkeschwankungensind allerdings etwas höher.Ziel dieser Entwicklung ist es, den Rohrpreis zu senken.

Tuner für TESLA-Resonatoren

Eine weitere Aktivität der Gruppe MPL war die Überar-beitung der Konstruktion einer neuen Feinabstimmung

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für TESLA, die in den Helium-Tank integriert wirdund somit keine zusätzliche Beschleunigerlänge be-nötigt. Die Resonator-Feinabstimmung wurde in eineHalbschalenausführung umkonstruiert und ein Piezo-Element wurde integriert. Die neue Version des Tunerssoll 2002 gebaut und getestet werden.

Resonator-Versteifung

Es wurde eine für flüssiges Helium durchlässige, eineResonatorzelle umspannende und demontierbare Titan-schale konstruiert und gebaut. Mit dieser Schale könnenTESLA-Resonatoren mit einer Äquatorwandstärke vonnur etwa 1.5 mm für 40 MV/m tauglich gemacht wer-den. Die erwartete Verstimmung des Resonators durchdie Feldkräfte liegt bei nur 200 Hz. Die Tests der Titan-schale sind im Jefferson Lab durchgeführt worden. DieAbschätzungen der Verstimmung sind im Experimentbestätigt worden. Es hat sich aber herausgestellt, dasseine ähnliche Versteifung auch in NbCu-plattierten Re-sonatoren erreicht werden kann, allerdings deutlich kos-tengünstiger. Aus diesem Grund wird die Versteifungmit der Ti-Schale nicht weiter verfolgt.

Werkstoffuntersuchungen

Das Labor für Metalluntersuchungen ist weiter aus-gebaut und funktionsfähig gemacht worden. FolgendeUntersuchungen werden durchgeführt:

– Anfertigung von Mikroschliffen und Analyse derMikrostruktur mit dem Lichtmikroskop und REM,

– Messungen des Restwiderstandsverhältnisses RRRan Niob-Proben und Niob-Resonatoren,

– Zug- und Tiefungsversuche bei verschiedenenDehnraten,

– Härteprüfungen und Untersuchungen der Oberflä-chenrauigkeit,

– chemische und elektrochemische Behandlungenvon Niob-Proben und kleinen Niob-Teilen,

– Messungen der Wärmeleitfähigkeit von Niob beitiefen Temperaturen.

DieseArbeitenermöglicheneinevonNiob-Produzentenunabhängige Qualitätskontrolle von Niob und sindwichtig für R&D.

Im Jahr 2001 wurden folgende Themen bearbeitet:

– Betreuung der Fertigung samt Glühbehandlungder für das TTF-Projekt erforderlichen Niob-Halbzeuge,

– Abtasten von Niob-Blechen auf Defekte undSYRFA-Analyse (zusammen mit MHF-sl),

– UntersuchungenderQualitätdesNiobvonneuenpo-tentiellen Niob-Lieferanten (ITEP, CBMM, Cabot,China),

– Entwicklung der Fertigung und Untersuchung derEigenschaften von nahtlosen Rohren für Hydrofor-ming und supraleitende Bälge,

– Analyse der Oberfläche von elektropolierten Niob-Proben (zusammen mit MKS3),

– Analyse der Schweißqualität von in der DESY-Anlage geschweißtem Niob (zusammen mit MVA),

– Metallkundliche Untersuchungen für die Super-struktur,

– Beschichtungsqualität von Bellows für Power-coupler (zusammen mit ORSAY/F),

– R&D an Niob (zusammen mit UNIPRESS, War-schau/PL und Surface Spectroscopy Lab, Kra-kau/PL),

– Konstruktion und Bau der Vorrichtung für die Wär-meleitfähigkeitsmessungen bei tiefen Temperatu-ren,

– Entwicklung einer Vorrichtung für Defektsuche inNiob-Halbzeugen auf SQUID-Basis (zusammen mitder Universität Gießen).

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