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PDF, English - main document Download (4MB) | Lizenz: Non-interceptive position detection for short-lived radioactive nuclei in heavy-ion storage rings by Chen, Xiangcheng underlies the terms of Creative Commons Attribution 3.0 Germany

Abstract

A heavy-ion storage ring can be operated as an isochronous mass spectrometer with a particular ion-optical setting. However, the isochronism condition cannot be fulfilled for all the stored ions due to the large momentum acceptance of the ring, which restricts the measurement precision. Although this anisochronism effect can be corrected for by measuring the velocity of each ion with two time-of-flight detectors, the number of admissible ions is severely limited by this detection technique. As a complementary approach, it is proposed to measure the magnetic rigidities of the circulating ions non-interceptively with an intensity-sensitive and a position-resolving cavity jointly to overcome this limitation. Moreover, this approach also enables simultaneous lifetime measurements of the stored ions.

In this dissertation, the correction method for the anisochronism effect with a cavity doublet is outlined. An innovative design of the position cavity is then introduced, which offsets the cavity from the central orbit and exploits the resonant monopole mode. Based on this concept, a rectangular and an elliptic cavity are investigated by analytic and numerical means in compliance with the machine parameters of the Collector Ring. Afterwards, two scaled prototypes are tested on an automatic test bench with great efficiency and accuracy. The results are then compared with the simulations and found to be in good agreement.

Translation of abstract (German)

Ein Schwerionen-Speicherring kann durch eine spezielle Ionenoptik als isochrones Massenspektrometer betrieben werden. Jedoch kann aufgrund der großen Impulsakzeptanz des Rings die Isochroniebedingung nicht für alle gespeicherten Ionen erfüllt werden, wodurch die Messgenauigkeit beschränkt ist. Der Effekt der Anisochronie kann zwar durch Messen der Geschwindigkeit jedes einzelnen Ions mit zwei Flugzeitdetektoren korrigiert werden, jedoch ist die Anzahl der messbaren Ionen durch diese Detektionsmethode deutlich beschränkt. Als ein komplementärer Ansatz wird vorgeschlagen, die magnetische Steifigkeit der umlaufenden Ionen zerstörungsfrei gleichzeitig mit einer intensitätssensitiven und einer positionsempfindlichen Kavität zu messen, um diese Einschränkung zu überwinden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz die simultane Messung der Lebenszeiten der gespeicherten Ionen.

In dieser Dissertation ist die Methode zur Korrektur des Anisochronieeffekts durch ein Kavitätsdublett dargestellt. Es wird ein innovatives Design der positionsempfindlichen Kavität vorgestellt, wobei die Kavität gegenüber dem zentralen Orbit versetzt ist und die resonante Monopol-Mode verwendet wird. Aufbauend auf diesem Konzept wird eine rechteckige und eine elliptische Kavität analytisch und numerisch unter Berücksichtigung der Maschinenparameter des Collector Rings untersucht. Daraufhin werden zwei skalierte Prototypen an einem automatisierten Messaufbau mit hoher Effizienz und Genauigkeit getestet. Die Ergebnisse werden mit den Simulationen verglichen und eine gute Übereinstimmung festgestellt.