English Title: Systematic investigation of electron cooling at the Heidelberg heavy ion storage ring TSR

Preview

PDF, German Download (3MB) | Terms of use

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Elektronenkuehlung systematisch erstmals sowohl longitudinal als auch transversal am Heidelberger Speicherring TSR untersucht. Transversal wurde eine Methode entwickelt, um Kuehlraten fuer kleine Relativgeschwindigkeiten zu bestimmen. Aus dieser Kuehlrate kann der Reibungskoeffizient, bzw. der Gradient der Kuehlkraft im linearen Regime der Kraft berechnet werden. Longitudinal wurde die Kraft im linearen Regime mit Hilfe des Induktionsbeschleunigers und mit stochastischem Heizen gemessen. Letztere Methode wurde im Rahmen dieser Arbeit am TSR implementiert. Der Einfluss des longitudinalen magnetischen Fuehrungsfeldes, der transversalen Elektronentemperatur und der Parameter Elektronendichte, Ionenintensitaet und Ionenladung wurde im Bereich kleiner Relativgeschwindigkeiten systematisch untersucht. Die Experimente zur Ladungsabhaengigkeit der Kuehlkraft fanden dabei im Rahmen einer Strahlzeit mit D+, 6Li3+, 12C6+ und 16O8+ (6.1MeV/u) statt. Im Bereich hoher Relativgeschwindigkeiten wurden longitudinale Kuehlkraefte gemessen und die Abhaengigkeiten der Parameter Elektronendichte, Ionenintensitaet und Ionenladung studiert. Transversal wurden Kuehlzeitmessungen injizierter Strahlen, bzw. Strahlen grosser anfaenglicher Strahldurchmesser durchgefuehrt. Darueber hinaus wurde die Ladungs- und Teilchenzahlabhaengigkeit der strahlinternen Streuung studiert und erstmals die dispersive Elektronenkuehlung, mit der die horizontale Kuehlrate beeinflusst werden kann, untersucht. Die gemessenen Kraefte bzw. Raten konnten dabei mit einem einfachen Modell hervorragend beschrieben werden.

Translation of abstract (English)

Electron cooling has been investigated systematically for the first time both for the longitudinal and the transverse degree of freedom at the Heidelberg heavy ion storage ring TSR. A method was developed to measure transverse cooling rates for low relative velocities in order to determine the friction coefficient, which is given by the gradient of the force in its linear regime. In that regime the force was measured with an induction accelerator and with stochastic heating as well. The latter method was implemented at the TSR within the framework of this thesis. The influence of the magnetic guiding field, of the transverse electron temperature and of the parameters electron density, ion intensity and ion charge was investigated for low relative velocities. The experiments to the charge dependence of the cooling force were done within a beam time with D+, 6Li3+, 12C6+ and 16O8+ (6.1 MeV/u). For high relative velocities the longitudinal cooling force was measured and the parameters electron density, ion intensity and ion charge were studied. For the transverse degree of freedom cooling time measurements with injected ion beams - beams having large initial diameters respectively - were performed. Furthermore the dependence of intra beam scattering on the charge and the number of particles was studied. Dispersive electron cooling, affecting the horizontal cooling rate, was investigated for the first time. The measured forces and rates could very well be described by a simple model.