Untersuchung von Piezoaktoren zur Verbesserung der Frequenzabstimmung und Aufbau eines Quenchortungssytems für die Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC

Ziel dieser Arbeit war es, einen Ersatz fur die magnetostriktiven Stellelemente des Feinabstimmsystems der supraleitenden Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC zu finden und die Diagnosemoglichkeiten fur diese Strukturen zu erweitern. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein vertikaler Badkryostat aufgebaut und in Betrieb genommen. Dieser wurde eingesetzt, um (i) den Hub und die Zuverlassigkeit moderner Piezoaktoren in flussigem Helium bei 4 und 2 K zu untersuchen und um (ii) ein neu entwickeltes System zur Quenchortung an supraleitenden Beschleunigungsstrukturen mithilfe des zweiten Schalls in suprafluidem Helium zu testen. Wegen des negativen Einflusses von Magnetfeldern auf die Gute von supraleitenden Beschleunigungsstrukturen ist ein Einsatz von magnetostriktiven Stellelementen nahe den Strukturen problematisch. Um auszuschliesen, dass das mit solchen Stellelementen betriebene Feinabstimmsystem die Gute der Strukturen reduziert, sollten diese Stellelemente durch nicht-magnetische ersetzt werden. Dazu wurden in dieser Arbeit moderne Piezoaktoren bezuglich ihres Hubs bei kryogenen Temperaturen, ihrer Kompatibilitat mit der HF-Regelung des S-DALINAC und ihrer Betriebssicherheit in suprafluidem Helium untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Einsatz dieser Aktoren moglich ist. Da die Piezoaktoren bei gleichem Hub nur ungefahr ein Siebtel der Lange eines magnetostriktiven Stellelements besitzen, ist es moglich, durch Einsatz mehrerer Piezoaktoren an jeder Beschleunigungsstruktur, sowohl den Stellbereich des Feinabstimmsystems, als auch seine Ausfallsicherheit zu erhohen. Schon winzige Defekte an der Innenoberflache von supraleitenden Beschleunigungsstrukturen konnen diese bereits vor Erreichen ihrer gewunschten Betriebsfeldstarke zum Quench fuhren. Ein Quench fuhrt zu Wellen des zweiten Schalls im suprafluiden Helium. Dieser kann durch spezielle Mikrofone, so genannte Oscillating Superleak Transducer (OST), gemessen und anschliesend der Quenchort durch Triangulation berechnet werden. Ein solches System wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut und erfolgreich getestet. Die optische Inspektion der ermittelten Quenchposition zeigte tatsachlich deutliche Defekte in der entsprechenden Zelle der untersuchten Beschleunigungsstruktur.