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Developments at an Electrostatic Cryogenic Storage Ring for Electron-Cooled keV Energy Ion Beams

Vogel, Stephen

German Title: Entwicklungen an einem elektrostatischem kryogenem Speicherring für elektronengekühlte Ionenstrahlen mit keV Energie

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Abstract

This work is devoted to final setup activities and the commissioning of an electrostatic cryogenic storage ring (CSR) at the Max Planck Institute for Nuclear Physics (MPIK) in Heidelberg. The first cryogenic operation of CSR in 2015 has been documented and characterized using a set of non-destructive beam diagnostic tools developed within this work. These are (1) the current pick-up system for the determination of the current of the stored ion beam and its velocity, (2) a position pick-up system for measuring the transverse position of the ion beam center at six symmetric locations of the storage ring circumference, and (3) a Schottky pick-up system for the monitoring of coasting ion beams. Despite the requirements imposed by the cryogenic operation, the developed diagnostic system demonstrated its full functionality. First characterizations of the storage ring properties and the performance of the diagnostic system are presented. Based on previous work, an electron cooling system for CSR has been developed and largely realized. With the implementation into CSR in 2016, the electron cooler will enhance the storage ring into a unique experimental facility for electron-ion collision studies. With this CSR is on the track to become the first cryogenic storage ring featuring actively cooled ion beams.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit widmet sich abschließenden Aufbauarbeiten und der Inbetriebnahme eines elektrostatischen kryogenen Speicherringes (CSR) am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg. Der erste kryogene Betrieb des CSR im Jahr 2015 wurde dokumentiert und charakterisiert mittels einer Reihe von zerstörungsfreien Strahldiagnose-Elementen, die in dieser Arbeit entwickelt wurden. Diese sind (1) das Strom-Pickupsystem zur Bestimmung des Stroms eines gespeicherten Ionenstrahls und dessen Geschwindigkeit, (2) ein Positionsbestimmungssystem zum Messen des transversalen Ionenstrahlschwerpunktes an sechs symmetrischen Orten des Speicherringumfangs und (3) ein Schottky-Pickupsystem zur Beobachtung von Gleichstrom-Ionenstrahlen. Trotz der Anforderungen durch den kryogenen Betrieb hat das entwickelte Diagnosesystem seine volle Funktionalität demonstriert. Erste Charakterisierungen der Speicherringeigenschaften sowie die Leistungsfähigkeit des Strahldiagnosesystems werden vorgestellt. Basierend auf vorherigen Arbeiten wurde ein Elektronenkühlungssystem für den CSR entwickelt und zu großen Teilen realisiert. Mit dem Einbau in den CSR im Jahr 2016 wird der Elektronenkühler den Speicherring zu einer einzigartigen experimentellen Anlage für Elektronen-Ionen Kollisionsstudien verbessern. Somit ist der CSR auf dem Weg, zu dem ersten kryogenen Speicherring mit aktiv gekühlten Ionenstrahlen zu werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Dr. Andreas
Date of thesis defense: 4 February 2016
Date Deposited: 17 Feb 2016 10:15
Date: 2016
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: electrostatic storage ring, electron cooling, cryogenics, electron beam
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