A4 Magnetfeldfehler und Fehlausrichtung

Thema

Kein realer Magnet kann das in den Grundlagen beschriebene ideale Magnetfeld exakt reproduzieren: Fertigungsungenauigkeiten, Montagetoleranzen und die Position des Magneten relativ zum idealen Strahlpfad führen zwangsläufig zu kleinen Abweichungen vom Sollverhalten. Ein Dipolmagnet, dessen Feld geringfügig vom Sollwert abweicht oder der nur minimal gegenüber dem idealen Strahlpfad dejustiert ist, verursacht an dieser Stelle eine kleine Abweichung der Strahlbahn. Diese Abweichung breitet sich dann aus und wird gemäß der lokalen Optik im Rest der Anlage verstärkt. Die Summe vieler dieser kleinen Fehler, verteilt auf Tausende von Magneten in einer großen Anlage, kann eine kumulative Bahnverzerrung erzeugen, die deutlich größer ist als die eines einzelnen Fehlers, sofern sie nicht aktiv korrigiert wird. Ebenso führt ein falsch ausgerichteter Quadrupol nicht nur zu einer unvollkommenen Defokussierung des Strahls, sondern erzeugt aufgrund seiner Abweichung von der Achse auch einen unerwünschten parasitären Dipoleffekt, der die Bahnverzerrung zusätzlich verstärkt. Um diesen Effekten entgegenzuwirken, verfügt jede moderne Anlage über ein Bahnkorrektursystem: eine Anordnung kleiner Korrekturmagnete entlang der Anlage, deren Stromstärke anhand der Messwerte von Strahlpositionsmonitoren der Diagnoseeinheit angepasst wird. Dadurch wird die gemessene Verzerrung kompensiert und die Bahn so nah wie möglich an die Sollbahn zurückgeführt, wodurch der Regelkreis zwischen Fehlermessung und -korrektur geschlossen wird. Neben der reinen Bahnverschiebung können diese Feldfehler auch die bereits identifizierten gefährlichen Resonanzen direkt anregen, insbesondere wenn die Periodizität des Fehlers der nominalen betatronischen Wellenzahl des Strahls entspricht. Daher kompensiert dieses Modul, das mit nie perfekten Magneten beginnt, diese Unvollkommenheit nur deshalb durch ein Korrektursystem, weil sie zuvor präzise gemessen wurde.

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