Kurzfassung
Um eine hohe Luminosität von etwa 1034 cm-2 sec-1
zu erreichen, ist es bei zukünftigen Linear Collidern notwendig,
Strahlen extrem kleiner Emittanz am Wechselwirkungspunkt
auf Abmessungen von etwa 100 nm
horizontal und etwa 10 nm vertikal zu
fokussieren. Um die Strahlen in Kollision zu halten, ist eine hohe
mechanische Stabilität der Beschleunigerkomponenten,
insbesondere der Fokussiermagnete, erforderlich.
Im Fall des S-Band Linear Colliders SBLC können die Aufstelltoleranzen der
Quadrupole zu 85 nm vertikal und 380 nm horizontal
abgeschätzt werden.
Während langsam veränderliche
Fehlaufstellungen mit Hilfe strahlbasierter Korrekturschemata kompensiert
werden können, erfordert die Kompensation schneller Strahlschwingungen einen
anderen Ansatz.
Messungen der Bodenbewegung bei DESY werden vorgestellt und diskutiert.
Die zu erwartenden vertikalen Quadrupolbewegungen werden vermutlich die
geforderten Toleranzen in einem Frequenzbereich überschreiten, in dem
strahlbasierte Korrektursysteme ineffizient sind. Aus diesem Grunde wurde ein
preiswertes aktives Stabilisierungssystem entwickelt. Dieses besteht aus je
einem Geophon, welches auf jeden Magneten montiert ist, und einem
Piezo-Stellelement, um der gemessenen Bewegung entgegenzuwirken. Dieses System
ist in der Lage, Vibrationen der Quadrupol-Magnete im Frequenzband von 2 bis
30 Hz um bis zu -14 dB zu unterdrücken, was einem
rms-Wert von etwa 25 nm bei 2 Hz selbst in einer
unruhigen Umgebung mit einer entsprechenden Bodenbewegungsamplitude von
ungefähr 100 nm entspricht.
Um den Effekt der aktiven Stabilisierung auf die Strahlbewegung
zu untersuchen, wurden zwei Algorithmen zur Simulation der
Bodenbewegung entwickelt, die auf verschiedenen Modellen beruhen. Beide
Algorithmen können an beliebige gemessene Spektren und
Kohärenzeigenschaften der Bodenbewegung angepaßt werden.
Als eine spezifische Anwendung wurden die bei DESY gemessenen
Bodenbewegungsdaten benutzt, um die Strahlbewegung am Ende des SBLC Hauptlinacs
zu simulieren. Der rms-Wert der Strahlbewegung wird durch aktive
Stabilisierung um einen Faktor bis zu 2.8 reduziert, wodurch der
Luminositätsverlust kleiner als 1 % gehalten werden kann.
To achieve high luminosities of approximately 1034 cm-2 sec-1, future linear colliders require very low emittance beams focused to spot sizes of about 100 nm rms horizontally and about 10 nm rms vertically at the interaction point. To keep the beams in collision, high mechanical stability of the accelerator components, especially the focusing magnets, is necessary. In the case of the S-band Linear Collider SBLC, quadrupole position jitter tolerances can be estimated at 85 nm rms vertically and 380 nm horizontally. While slowly varying misalignments can be compensated using beam-based correction schemes, the compensation of fast beam jitter requires a different approach. Ground motion measurements at DESY are presented and discussed. Fast vertical quadrupole motion amplitudes are likely to exceed the tolerances in the frequency regime where the beam based correction systems are ineffective. Therefore, an inexpensive active stabilization system has been developed. It consists of a geophone mounted on top of each quadrupole and a piezo actuator to counteract the measured motion. This system is capable of suppressing quadrupole jitter in the frequency band 2 to 30 Hz by up to -14 dB, resulting in an rms quadrupole motion of approximately 25 nm for frequencies above 2 Hz even in noisy environments where the corresponding ground motion rms value is about 100 nm. To investigate the effect of active stabilization on beam motion two ground motion simulation algorithms based on different models have been developed. Both algorithms can be adapted to any measured ground motion spectra and coherence. As a specific application, ground motion data taken at DESY have been used to simulate beam motion at the end of the SBLC main linac. Using active stabilization, the rms beam jitter is reduced by a factor of up to 2.8, thus keeping the luminosity degradation below 1 %.