Kurzfassung
Zur Demonstration eines Freien-Elektronen Lasers,
der im VUV-Wellenlängenbereich hochintensive
Strahlungspulse erzeugt, wurde in Phase I der TESLA
Testbeschleunigeranlage (TTF) ein Undulator installiert.
Um die geforderten magnetischen Feldstärken
und Feldqualitäten im Undulator zu erreichen,
ist eine mit NdFeB Permanentmagneten bestückte Hybridstruktur
gewählt worden.
Bei Bestrahlung von Permanentmagneten mit hochenergetischen
Teilchen können bereits nach kleinen Dosen
erhebliche Schädigungen der Magnete auftreten.
Damit das an der TTF geplante experimentelle Programm
keine Eingeschränkungen erfährt, wurde zum Schutz des
Undulators ein Kollimationssystem von mir entwickelt.
Diese Arbeit behandelt das Design, die Konstruktion,
die Realisierung und die Inbetriebnahme der Kollimatorsektion.
Gefährliche Quellen für hochenergetische Teilchen können die Elektronen des Strahlhalos sein und die sogenannten Dunkelströme im Beschleuniger sowie jegliche Sekundärstrahlung, die durch diese beiden Quellen erzeugt wird. Um mögliche Probleme für den Strahlbetrieb bei TTF zu identifizieren, sind Strahlhalo und Dunkelstrom in der Maschine untersucht worden sowie deren Auswirkungen auf die Permanentmagnete.
Bei der Auslegung eines Kollimatorsystems sind Fragen wie die Erzeugung von elektromagnetischen Störwellenfeldern (wake fields) und deren Auswirkungen auf den Elektronenstrahl, Methoden zur Korrektur von fehlaufgestellten Komponenten, die Emission und Absorption von Sekundärstrahlung sowie die Neutronenbelastung hinter Tunnelabschirmungen zu untersuchen. All diese komplexen Themen werden in dieser Arbeit ausführlich diskutiert.
To perform a proof-of-principle experiment for a Free Electron Laser operating at VUV wavelengths an undulator has been installed in the TESLA Test Facility linac phase I. To meet the requirements on the magnetic field quality in the undulator, a hybrid type structure with NdFeB permanent magnets has been chosen. The permanent magnets are sensitive to radiation by high energy particles. In order to perform the various experiments planned at the TESLA Test Facility linac, a collimator section has been installed to protect the undulator from radiation. In this thesis the design, performance and required steps for commissioning the collimator system are presented.
To identify potential difficulties for the linac operation, the beam halo and the dark current transport through the entire linac is discussed. Losses of primary electrons caused by technical failures, component misalignments, and operation errors are investigated by tracking simulations, in order to derive a complete understanding of the absorbed dose in the permanent magnets of the undulator.
Various topics related to a collimator system such as the removal of secondary particles produced at the collimators, generation and shielding of neutrons, excitation of wake fields, and beam based alignment concepts are important subjects of this thesis.