Titelaufnahme

Titel
Application of waveguide mode diagnostics for remote sensing in accelerator beam pipes / Thomas Kroyer
VerfasserKroyer, Thomas
Begutachter / BegutachterinKamelander, Gerald ; Scholtz, Arpad L.
Erschienen2005
Umfang129 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Teilchenbeschleuniger / Strahlrohr / Hohlleiter / Mikrowelle / Fernerkundung / Diagnosesystem
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-20545 Persistent Identifier (URN)
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Application of waveguide mode diagnostics for remote sensing in accelerator beam pipes [6.4 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In der vorliegenden Arbeit werden zwei Systeme zur Ferndiagnostik in Strahlrohren von Teilchenbeschleunigern untersucht. Zu diesen Behufe werden Mikrowellen, die sich als Hohlleitermoden im Strahlrohr ausbreiten, verwendet. Das erste System ist eine Anwendung der Reflektometrie in Wellenleitern. Da das Auftreten von Störungen im Strahlrohr des Large Hadron Collider (LHC) zu erheblichen Problemen führen kann, besteht großes Interesse daran, solche Störstellen finden und lokalisieren zu können.

Zeitbereichsreflektometrie auf Wellenleitern unter Verwendung synthetischer Pulse wird dafür eingesetzt. Das System baut auf einem Netzwerkanalysator auf, wobei der fundamentale TE und TM Modus im LHC Strahlrohr verwendet wird. Mittels numerischer Signalverarbeitung wird die Verschmierung der Pulse durch Hohlleiterdispersion entfernt.

Zwei Verwendungsmöglichkeiten für das Reflektometer werden vorgeschlagen, die "Assembly Version" fuer Kontrollen während der Bauphase des LHC und die "In Situ Version" für Messungen am fertiggestellten LHC, auch nachdem das Strahlrohr evakuiert wurde. Für beide Versionen wurden Koppler entworfen, simuliert und an bis zu 400 m langen Rohren getestet.

Die zweite Ferndiagnostikanwendung befaßt sich mit dem Elektronenwolkeneffekt im Super Proton Synchrotron (SPS). Es wurde versucht, die über die Länge gemittelte Elektronendichte im Strahlrohr über die Transmission von Mikrowellen zu messen.

Eine von der Elektronenwolke stammende Phasen- oder Amplitudenänderung wird mit der SPS-Umlauffrequenz moduliert, was hochempfindliche Seitenbandmessungen ermöglicht. Starke strahlinduzierte Signale, die zu unerwünschten Effekten führen können, wurden gefunden. Mögliche Erklärungen der beobachteten mit dem Strahl zusammenhängenden Modulation werden diskutiert.

Zusammenfassung (Englisch)

In this work, two remote sensing systems using waveguide modes in accelerator beam pipes are studied. The first is an application of time domain reflectometry in waveguides.

Since the emergence of unexpected obstacles in the Large Hadron Collider (LHC) beam screen may lead to major disturbances, it is highly desirable to have a tool for detection and localization of such a fault. Waveguide mode time domain reflectometry using the synthetic pulse technique has been selected for this purpose. The system is based on a vector network analyzer using the fundamental TE and TM mode on the LHC beam-screen. Numerical signal processing is used to remove waveguide dispersion. Two modes of operation for the Reflectometer are proposed, the Assembly Version for inspection during the installation of LHC and the In Situ Version for measurements with the machine under vacuum. Coupling structures for both versions were designed and simulated, and tests on lines of up to 400 m length were performed.

The second remote sensing application turns around the electron cloud effect in CERN's Super Proton Synchrotron (SPS). It was tried to measure the line-averaged electron cloud density by transmitting microwaves along the beam pipe. Any electron cloudrelated phase or amplitude shift is modulated by the SPS revolution frequency, making highly sensitive sideband measurements possible. Large beam-induced RF signals leading to parasitic effects had to be coped with. Possible explanations of the observed beam-related modulation are discussed.