D1 Strahlpositionsmonitore (BPM)

Thema

Strahlpositionsmonitore sind die am häufigsten eingesetzten Diagnoseinstrumente in jedem Beschleuniger. Sie sind zu Tausenden im gesamten Gerät verteilt, typischerweise neben jedem Quadrupol oder an strategischen Punkten der im Abschnitt „Grundlagen“ beschriebenen Optik. Jeder Monitor besteht aus einer Reihe von Metallelektroden um die Vakuumröhre, die das durch den Strahl induzierte elektrische Signal erfassen, ohne den Strahl zu unterbrechen oder zu stören. Durch Vergleich der relativen Signalintensität gegenüberliegender Elektroden ermittelt das System die horizontale und vertikale Zentrierung des Strahls in Bezug auf die Röhrenachse an diesem Punkt. Die gleichzeitige Erfassung aller im Gerät verteilten Monitore ermöglicht die Rekonstruktion der vollständigen Strahlbahn. Dies ist die essenzielle Eingangsinformation für das bereits im Abschnitt „Anomalien“ beschriebene Bahnkorrektursystem: Ohne Kenntnis der tatsächlichen Strahlposition an jedem Punkt wäre es unmöglich zu berechnen, welche Korrektur an den Korrekturmagneten erforderlich ist, um den Strahl auf die Sollbahn zurückzuführen und somit den Regelkreis zwischen Magnetfehlausrichtung und deren Kompensation zu schließen. Neben der durchschnittlichen Position können viele moderne Systeme die Position jedes einzelnen Bauteils bei jeder Umdrehung messen. Dadurch sind sie ein unverzichtbares Werkzeug zur Erkennung kollektiver Instabilitäten, die als Anomalien beschrieben werden: Eine zunehmende Positionsschwankung eines Bauteils von einer Umdrehung zur nächsten ist genau das charakteristische Merkmal, das ein schnelles Rückkopplungssystem in Echtzeit erkennen und korrigieren muss. Dieses Modul, das mit berührungslosen Messungen am Strahl beginnt, zeigt abschließend, dass ebendiese kontaktlose Messung die Echtzeit-Schließung zweier der wichtigsten Korrekturschleifen in diesem gesamten Katalog ermöglicht.

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