Kavitätsbasierende Sensoren zur Strahldiagnose für geringste Intensitäten

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Der Wunsch immer kürzere Teilchenpakete oder seltener Partikel-Spezies zu nutzen, erfordert die Entwicklungen von Strahldiagnose-Sensoren die in der Lage sind, diese immer kleiner werdenden Strahlintensitäten messtechnisch zu erfassen. Diese Arbeit befasst sich daher mit kavitätsbasierenden Strahlsensoren für geringste Intensitäten. Ausgehend von einer zylindrischen Kavität wird heraus gearbeitet, wie sich diese optimal für geringste Intensitäten nutzen lässt. Diskutiert werden zwei Anwendungsfälle: ein Ankunftszeitmonitor bei 3,025 GHz mit einer zeitlichen Auflösung von unter 10 fs für eine Paketladung von 1 pC sowie ein Schottky-Sensor zur Messung der spektralen Eigenschaften des Partikelstrahls bei 200 MHz. Der Ankunftszeitsmonitor basiert auf dem Vergleich der Phasen eines Referenzsignals mit der Kavitätsschwingung, welche durch das Partikelpaket angeregt wird. Diese lässt sich über das Abklingen der Kavität mehrfach messen, wodurch die Genauigkeit der Messung steigt. Die Optimierung der Kavität umfasst die Maximierung der Ankopplung zwischen Partikelpaket und Kavität sowie die Bestimmung der optimalen Koppelstärke zwischen Kavität und angeschlossener Messelektronik. Der zweite Sensor ist für die Beobachtung von Schottky-Signalen im Kollektorring der FAIR ausgelegt, einem sehr vielseitiger Speicherring zur Akkumulation und Kühlung von Antiprotonen und seltenen Isotopen. Zu Messung longitudinaler und transversaler Signale wird eine angepasste zylindrische Kavität um seitliche Wellenleiterstrukturen erweitert. Anhand von nicht-hermetischen Demonstratoren wird messtechnisch die korrekte Simulation der beiden Sensoren verifiziert.