Kryogene Stromkomparatoren

Ein kryogener Stromkomparator für die Strahldiagnose in Beschleunigern und Speicherringen

Kollaboratoren:
Thomas Stöhlker1,2,4 ,Volker Tympel2, Max Stapelfeld3, Frank Schmidl3, Paul Seidel3, Thomas Sieber4, Marcus Schwickert4, David Haider4, Matthias Schmelz5, Ronny Stolz5, Vyacheslav Zakosarenko5,6, Herbert De Gersem7, Nicolas Marsic7, Wolfgang F.O. Müller7 und Jocelyn Tan8

1Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena
2Helmholtz-Institut JenaExterner Link
3Institut für Festkörperphysik, Friedrich-Schiller-Universität Jena
4GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbHExterner Link
5Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (Leibniz IPHT), JenaExterner Link
6Supracon AG, JenaExterner Link
7TU DarmstadtExterner Link
8CERN, GenfExterner Link

In der Beschleunigerforschung ist die Überwachung und zerstörungsfreie Messung von sehr kleinen Strahlintensitäten eine große Herausforderung.

Schematische Darstellung eines klassischen CCCs
Schematische Darstellung eines klassischen CCCs
Grafik: Volker Tympel

Eine Lösung für dieses Problem ist die Detektion des durch die bewegten geladenen Teilchen erzeugten Magnetfeldes. In einem gemeinsamen Projekt mit dem Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena, dem Helmholtz-Institut Jena und der Strahldiagnosegruppe der GSI wurde ein zerstörungsfreies Strahlüberwachungssystem für Teilchenstrahlen in Beschleunigern auf der Basis des Kryostromkomparatorprinzips (CCC) entwickelt und optimiert [1]. Der CCC besteht aus einem supraleitenden Tieftemperatur-DC-Quanteninterferenzdetektor (SQUID), einer supraleitenden ringförmigen Aufnehmerspule sowie einer hocheffektiven mäanderförmigen supraleitenden Abschirmung. Dieses Gerät ermöglicht die Messung von kontinuierlichen (DC) und gepulsten Strahlströmen im nA-Bereich. Aktuell befindet sich ein Niob-CCC aus Jena am CERN Antiproton Decelerator (AD)Externer Link im Einsatz zur Messung von Antiprotonenströmen.

CCC-Kollaboration im CERN-AD Kontrollraum, die aktuellen Messwerte des CERN-Nb-CCC werden auf einen Monitor im Kontrollraum dargestellt.
CCC-Kollaboration im CERN-AD Kontrollraum, die aktuellen Messwerte des CERN-Nb-CCC werden auf einen Monitor im Kontrollraum dargestellt.
Foto: Volker Tympel

Für das internationale FAIR-ProjektExterner Link in Darmstadt sind mehrere CCC-Installationen geplant, wobei hier größere CCC-Innendurchmesser (XD-Serie) für 150 mm-Strahlrohre benötigt werden. Die Erprobung verschiedener CCC-XDs (Nb-klassisch, Pb-kernlos, Pb-Dual-CCC) wird in Darmstadt am CRYRING@ESRExterner Link erfolgen

Ingenieur Ralf Neubert (früher IFK) beim Zusammenbau des FAIR-Nb-CCC-XD für 150 mm Strahlrohr-Durchmesser des FAIR-Projekts
Ingenieur Ralf Neubert (früher IFK) beim Zusammenbau des FAIR-Nb-CCC-XD für 150 mm Strahlrohr-Durchmesser des FAIR-Projekts
Foto: Jan-Peter Kasper (Universität Jena)

 

Zu den Angeboten für Abschlussarbeiten

 

Referenzen:

[1] A Cryogenic Current Comparator for FAIR with Improved ResolutionExterner Link

[2] Low temperature permeability and current noise of ferromagnetic pickup coilsExterner Link

[3] A Cryogenic Current Comparator for the Absolute Measurement of nA BeamsExterner Link

[4] Dark current measurements on a superconducting cavity using a cryogenic current comparatorExterner Link

Zu unseren anderen Projekten