Aufbau und Funktionsnachweis von SAPIS (Stored Atoms Polarized Ion Source), einer neuartigen Quelle polarisierter H^- / D^- -Ionen

Emmerich, Reinhard (2007). Aufbau und Funktionsnachweis von SAPIS (Stored Atoms Polarized Ion Source), einer neuartigen Quelle polarisierter H^- / D^- -Ionen. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war der Aufbau und der Funktionsnachweis einer neuartigen Quelle negativer polarisierter Wasserstoff- und Deuteriumionen, die - wie z. B. die Colliding-Beams-Source (CBS) am Cooler-Synchrotron COSY des Forschungszentrums Jülich - auf der Ladungsaustauschreaktion H_{pol}^0 + Cs^0 -> H_{pol}^- + Cs^+ basiert. Im Gegensatz zur CBS wird für die Ladungsaustauschregion eine Speicherzelle verwendet, wodurch ohne nennenswerten Polarisationsverlust ein Anstieg der Intensität des H^- -Strahls von mindestens einer Größenordnung erwartet wird. Zu diesem Zweck wurden im Institut für Kernphysik der Universität zu Köln ein neues Labor eingerichtet und sowohl eine Quelle polarisierter Wasserstoff- und Deuteriumatome als auch eine Quelle eines energiereichen und intensiven neutralen Cäsiumstrahls aufgebaut. Mit dem Bau eines neuen Spinfilters wurde ein Lambshift-Polarimeter zur Bestimmung der Kernspinpolarisation des Atom- und Ionenstrahls komplettiert. Nach Inbetriebnahme und Optimierung der einzelnen Quellen wurde eine Speicherzelle entwickelt und in einer Ladungsaustauschregion samt Magnetfeld installiert. Ebenso wurde mit den Komponenten zu Extraktion, Nachweis und Analyse des negativen Ionenstrahls verfahren. Anschließend an den prinzipiellen Funktionsnachweis wurde die Speicherzelle hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften bezüglich Rekombination und Depolarisation weiter untersucht. Weiterhin wurden im Rahmen dieser Arbeit eine Anzahl von Software-Programmen zur Steuerung und Überwachung diverser Komponenten der einzelnen Quellen sowie ein universelles Meßprogramm für die vollständige Anlage inklusive der Messung und Berechnung der Strahlpolarisation entwickelt. Parallel hierzu wurde die Fernsteuerung der Quelle polarisierter Ionen LASCO am Kölner Tandem-Van-de-Graaff-Beschleuniger modernisiert.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

The objective of this work was the setup and the proof-of-principle of a new type of negative polarized hydrogen or deuterium ion source, which is based on the charge-exchange reaction H_{pol}^0 + Cs^0 -> H_{pol}^- + Cs^+, as for instance the Colliding-Beams-Source (CBS) at the Cooler Synchrotron COSY in Jülich. In contrast to the CBS, the use of a storage cell for the charge-exchange region promises an increase in H^- current by at least an order of magnitude without considerable polarization losses. For these purposes, a new laboratory was equipped and both a polarized hydrogen/deuterium atomic beam source and an intense neutral cesium-beam source have been build-on. A Lambshift polarimeter, which allows the measurement of the nuclear polarization of the atomic as well as ionic beams, was completed with the construction of a new spin-filter. After commissioning and optimizing each of these sources, a storage cell was developed and installed in the charge-exchange region with a magnetic field. Additionally, components for the extraction, detection and analysis of the negative ion beam were installed. Following the decisive proof of principle, investigation of the properties of the storage cell, especially as to H recombination and depolarisation, was begun. Furthermore, a number of software programs was developed for the control and monitoring of different components of the sources as well as a universal measuring software for the complete installation, including the measurement and calculation of the beam polarization. At the same time, the remote control system of the Cologne source of polarized ions LASCO at the FN tandem accelerator was completely modernized.

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