Hochfrequenz-System

Das Hochfrequenzsystem liefert die Beschleunigungsenergie für den Hauptbeschleuniger, für die elektromagnetischen Felder der Buncher im Injektor und es erzeugt phasenstarr alle Signale, die zur Synchronisation in anderen Baugruppen des Beschleunigers (Elektronenquellen, Strahldiagnostik, Experimente) benötigt werden.

Das HF-System ist modular aufgebaut, wobei die frequenzerzeugenden Baugruppen  (Grundfrequenzerzeugung) phasenstarr gekoppelt sind und von einem hochstabilen Referenzfrequenzoszillator mit sehr niedrigem Phasenrauschen abgeleitet werden.

    ELBE-HF dt.

Grundfrequenzerzeugung

Zum Betrieb des Beschleunigers werden aus einem hochstabilen 13 MHz Oszillator mit sehr kleinem Phasenrauschen (diese entspricht der Schwingfrequenz des ELBE- Freie Elektronen Lasers (FEL) mittels Phasenrasteroszillatoren (PLL) die Frequenzen 260 MHz und 1300 MHz generiert. Die Frequenz 1300 MHz ist die Betriebsfrequenz der supraleitenden Kavitäten. Der erste Buncher - Resonator im Injektor wird auf der fünften Subharmonischen der Beschleunigerfrequenz (260 MHz) betrieben. Die Grundfrequenz von 13 MHz wird für die Synchronisation weiterer Oszillatoren in verschiedenen Anlagenteilen benötigt und dorthin über phasenstabile Lichtwellenleiter (LWL) übertragen

Injektor

Thermionischer Injektor: 

 Er besteht aus der elektronisch  gepulsten thermischen Elektronenquelle (GUN) und den beiden normalleitenden Buncher-Resonatoren (260 MHz und 1,3 GHz). Die GUN befindet sich auf Hochspannungspotential mit einer Terminalspannung von –250 kV. Die Gitterspannung der, wie ein Triodensystem einer Senderöhre aufgebauten, GUN wird entsprechend des gewünschten Betriebsregimes gepulst. Die mit einer Pulslänge von 500 ps aus dem Injektor austretenden Elektronenbündel werden mit den Bunchern auf etwa 5 ps komprimiert, bevor sie die erste Kavität des Hauptbeschleunigers  erreichen. Dem Injektor werden die benötigten Signale  über Glasfaserkabel zugeführt.

Buncher

Die 500 ps-langen Elektronenbündel, die aus der GUN mit einer Energie von 250 keV extrahiert werden, erfahren durch die Energiemodulation in beiden Buncher-Resonatoren und die nachfolgenden Driftstrecken eine Verkürzung bis auf etwa 5 ps. Zur Anregung der jeweiligen elektromagnetischen Felder in den Buncher-Resonatoren werden Hochfrequenzleistungen von maximal 1kW (260 MHz) und 200 W (1300 MHz) mit Transistorverstärkern bereitgestellt.

 

HF- für den Hauptbeschleuniger

Die HF-Leistung von maximal 20 kW bei einer Frequenz von 1300 MHz  wird für jede Kavität durch zwei parallel geschaltete 10 kW Transistorverstärker bereitgestellt.  Das HF-System ist modular aufgebaut,  die Hohlraumresonatoren (9-Zeller, Buncher) haben individuelle HF-Systeme. Dadurch ist eine hohe Austauschbarkeit einzelner Komponenten gewährleistet.

ELBE Lowlevel-Controller

Prinzip eines HF-Moduls. Die HF-Regelung  (Low level Controller) dient zur Stabilisierung der Amplitude- und Phase der Beschleunigungsspannung in den Hohlraumresonatoren. Das HF-Regelmodul ist für alle HF-Systeme baugleich, nur die Leistungsverstärker sind unterschiedlich. Die 20 kW HF-Systeme bestehen aus zwei parallel geschalteten 10 kW Transistorverstärkern.

ELBE HFD-Verstärkerraum

 

ELBE- Verstärkerraum: Jeweils zwei gegenüberliegende 10 kW Transistorverstärker sind parallelgeschaltet. Man erkennt in Bildmitte einen Hohlleiter Hybridkoppler, an den von oben die Hohlleiter von zwei Verstärkern angeschlossen sind.

 

 

 
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