PICMA® Multilayer-Piezoaktoren verbessern die Effizienz im Teilchenbeschleuniger XFEL

Dynamische Kompensation von Lorentzkräften an den Beschleunigerelementen in kryogener Umgebung

Der Teilchenbeschleuniger XFEL am DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) nutzt eine Beschleunigungstechnologie, die auf supraleitenden Beschleunigungstrukturen basiert, sogenannten Resonatoren oder Kavitäten. Diese für den linearen Collider TESLA (Tera Electron Volt Energy Superconducting Linear Accelerator) entwickelte Technologie erlaubt die Erzeugung eines Teilchenstrahls mit einem sehr kleinen Strahlquerschnitt und hoher Strahlleistung. Besonders wichtig ist es außerdem, die Beschleunigungsfeldstärke konstant hoch zu halten.

Ein störender Effekt liegt dabei im Beschleunigungsprinzip selbst. Die Elektronen werden im Resonator durch elektromagnetische Felder beschleunigt.

Diese daraus resultierende Lorentzkraft wirkt aber auch auf die Wände der Beschleunigungsstruktur und führt zu kleinen Deformationen, was wiederum die Resonanzfrequenz der Resonatoren verschiebt, und damit die Energieübertragung auf die Elektronen verschlechtert. Das Ergebnis sind ein höherer Energiebedarf, und schlechtere Reproduzierbarkeit des Teilchenstrahls.

PICMA® Piezoaktoren verringern Frequenzverschiebung

Die PICMA® Multilayer-Piezoaktoren arbeiten bei circa vier Kelvin direkt an der Außenwand des Resonators. Bei diesen Temperaturen ist die Auslenkung der Aktoren geringer als bei Raumtemperatur. Dieser Effekt kann aber gut vorhergesagt und daher bei der Auslegung des Systems berücksichtigt werden.

Die Aktoren werden über eine lange Einsatzzeit von ca. 20 Jahren in dieser kryogenen Umgebung betrieben, die zusätzlich einer Strahlenbelastung ausgesetzt ist. PI Ceramic konnte außerdem die Aktoren bereits in einer mechanisch vorgespannten Halterung liefern, die eine einfache Einbaubarkeit gewährleistet.

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