Englische Übersetzung des Titels: Development of capacitive beam position, beam current and Schottky-signal monitors for the Cryogenic Storage Ring (CSR)

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Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neuartige Verfahren zur Messung des Strahlstromes, der Strahlposition und des Schottky-Signales auf Grundlage kapazitiver Pickups in Speicherringen entwickelt. Strahlstrommessungen am Schwerionenspeicherring TSR mit einem kapazitiven Pickup ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit der Theorie, so dass nun am TSR erstmalig ein Messgerät mit hoher Genauigkeit für Strahlströme auch weit unter 1 muA zur Verfügung steht. Dieses Verfahren wird auch am Cryogenic Storage Ring (CSR) eingesetzt werden, in dem sehr kleine Strahlströme im Bereich von 1 nA - 1 muA zu erwarten sind. Für die Verwendung am CSR wurden zum ersten Mal Positionsmessungen mit einem resonanten Verstärkersystem für kapazitive Positionspickups experimentell am TSR untersucht, wobei durch eine Induktivität eine Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses erreicht wird. Ein Vergleich dieser Methode mit Messungen mit dem Restgasstrahlprofilmonitor des TSR ergab eine sehr gute Übereinstimmung auch bei niedrigen Strahlströmen. Die experimentelle Untersuchung der kryotauglichen Elektronik ergab eine erreichbare Güte von Q = 500, so dass mit den CSR Strahlpositionsmonitoren ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht wird, das eine präzise Positionsmessung auch bei niedrigsten Strahlströmen in Aussicht stellt. Der CSR Schottky-Pickup wird ebenfalls mit einem resonanten Verstärkersystem mit entsprechender Güte ausgestattet werden. Eine Abschätzung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses ergibt im CSR eine mögliche Nachweisbarkeitsgrenze von nur wenigen Protonen.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

In this thesis novel techniques based on capacitive pickups for the determination of the beam current, the beam position and the Schottky-signal in storage rings have been developed. Beam current measurements at the heavy ion storage ring TSR with a capacitive pickup have been found in very good agreement with the theory. Using this device the accurate measurement of beam currents at the TSR far below 1 muA is now possible. This method will also be used at the Cryogenic Storage Ring (CSR) at which beam currents in the range of 1 nA - 1 muA are expected. For the first time, position measurements with a resonant amplifier system for capacitive pickups have been examined at the TSR for later use of this technique in the CSR. With this method an increased signal-to-noise ratio can be achieved using a parallel inductance. A comparison with measurements using the rest gas beam profile monitor has shown very good agreement even at very low intensities. Experiments with the cryo-capable electronics for the CSR beam position monitors have shown an achievable quality factor of Q = 500, resulting in the prospect of precise position measurements at the CSR even at very low beam currents. The CSR Schottky-Pickup will also be equipped with a resonant amplifier system with a comparable quality factor. An estimation of the signal-to-noise ratio suggests a detection limit of a few protons.